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II
FACULTAD DE CIECIAS DE LA IGEIERÍA
CARRERA DE IGEIERÍA MECATRÓICA
TEMA:
AUTOMATIZACIÓ DE UA CAMA DE CUIDADOS ITESIVOS DEL HOSPITAL CARLOS ADRADE
MARÍ. CARÁTULA
Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Mecatrónico
Estudiante: Patricio Cevallos Arroyo
Director de tesis: PhD. Fausto Freire
Quito – Ecuador
Octubre 2010
III
DECLARACIÓ
Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor
____________________________
Patricio Cevallos Arroyo
1002482402
IV
Quito, 23 de Septiembre de 2010
Ingeniero Jorge Viteri. Decano de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería Universidad Tecnológica Equinoccial Presente.-
De mi consideración:
Pongo en su conocimiento que el estudiante de Ingeniería Mecatrónica, Patricio
Cevallos Arroyo, ha culminado el Trabajo de Titulación con el tema
“AUTOMATIZACIÓN DE UNA CAMA DE CUIDADOS INTENSIVOS DEL
HOSPITAL CARLOS ANDRADE MARÍN.
El Trabajo cumple con los objetivos y alcance definidos en el Plan de Titulación, tiene
coherencia lógica y rigurosidad científica, es un aporte significativo teórico como
practico, por lo cual considero está apto para continuar con los procedimientos previos
la graduación.
Atentamente,
_______________
Fausto R. Freire Director del Trabajo de Grado
VVI
AGRADECIMIETO
Agradezco a Dios que me permitió tomar este camino, y llegar a feliz término en esta
etapa de mi vida.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial que me abrió las puertas del conocimiento y
a la cual siempre le deberé mi profesión.
Al Ingeniero Fausto Freire PhD. Que con su acertada dirección y ayuda se logró
materializar este proyecto.
A todas aquellas instituciones, personas y amigos que con sus ideas, apoyo moral, físico
y económico contribuyeron a que este proyecto dejase de ser una visión y se convierta
en una realidad.
Sobre todo a mi familia, en especial a mi madre que se convirtieron en el eje
fundamental para la consecución de este trabajo.
VII
ÍDICE GEERAL
CARÁTULA .................................................................................................................... II
DECLARACIÓN ............................................................................................................ III
CERTIFICADO DE PRUEBA ........................................................................................ V
AGRADECIMIENTO .................................................................................................... VI
ÍNDICE GENERAL...................................................................................................... VII
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. XII
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................... XVII
ÍNDICE DE ECUACIONES ....................................................................................... XIX
ÍNDICE DE ANEXOS .................................................................................................. XX
RESUMEN ................................................................................................................... XXI
SUMMARY .............................................................................................................. XXIII
CAPÍTULO I ..................................................................................................................... 1
CAPÍTULO II ................................................................................................................. 21
CAPÍTULO III ................................................................................................................ 70
CAPÍTULO IV ............................................................................................................. 129
CAPITULO V ............................................................................................................... 168
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 171
ANEXOS ...................................................................................................................... 174
VIII
ÍDICE DE COTEIDO
CAPÍTULO I ..................................................................................................................... 1
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
1.1 Antecedentes ................................................................................................... 1
1.2 Sistematización ............................................................................................... 2
1.2.1 Diagnóstico .............................................................................................. 2
1.2.2 Pronóstico ................................................................................................ 3
1.2.3 Control del pronóstico ............................................................................. 4
1.3 Formulación del problema .............................................................................. 4
1.4 Objetivos ......................................................................................................... 5
1.4.1 Objetivo General ..................................................................................... 5
1.4.2 Objetivos Específicos .............................................................................. 5
1.5 Justificación .................................................................................................... 5
1.6 Alcance ........................................................................................................... 6
1.7 Factibilidad ..................................................................................................... 7
1.7.1 Factibilidad técnica .................................................................................. 7
1.7.2 Factibilidad Económica ........................................................................... 9
CAPÍTULO II ................................................................................................................. 21
2. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................... 21
2.1 Características generales de las camas. ......................................................... 21
IX
2.2 Características de algunas camas del mercado ............................................. 26
2.3 Sensores ........................................................................................................ 28
2.3.1 Galgas Extensiométricas ....................................................................... 28
2.3.2 Celdas de Carga ..................................................................................... 29
2.4 Actuadores .................................................................................................... 37
2.4.1 Actuadores Lineales .............................................................................. 38
2.4.2 Actuadores Lineales Eléctricos ............................................................. 40
2.5 Elementos de Maquinas ................................................................................ 43
2.5.1 Ejes ........................................................................................................ 43
2.5.2 Columnas ............................................................................................... 46
2.5.3 Cojinetes con Contactos de Rodadura (Rodamientos) .......................... 51
2.6 Adquisición y Acondicionamiento de Señales ............................................. 52
2.6.1 Circuitos puente ..................................................................................... 52
2.6.2 Acondicionamiento de señal ............................................................... 54
2.7 Digitalización de la señal e Interfaz con el usuario ...................................... 60
2.7.1 Microcontroladores ............................................................................... 61
2.7.2 Manejo del módulo LCD ....................................................................... 66
2.7.3 Comunicación Serial. ............................................................................ 67
CAPÍTULO III ................................................................................................................ 70
3. METODOLOGÍA ................................................................................................ 70
X
3.1 Análisis de requerimientos............................................................................ 70
3.2 Diseño simultaneo de componentes .............................................................. 72
3.2.1 Análisis de Celdas de Carga .................................................................. 72
3.2.2 Análisis Amplificador de Instrumentación ............................................ 75
3.2.3 Análisis del Multiplexor de la señal ...................................................... 79
3.2.4 Diseño y cálculo de los diferentes elementos de maquina ................... 81
3.3 Simulación .................................................................................................. 104
3.3.1 Simulaciones parte mecánica .............................................................. 104
3.3.2 Simulaciones de la balanza .................................................................. 122
CAPÍTULO IV ............................................................................................................. 129
4. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO ............................................................. 129
4.1 Construcción de la Parte Mecánica ............................................................. 129
4.2 Construcción de la Balanza......................................................................... 133
4.3 MANUAL DE SERVICIO ......................................................................... 135
4.3.1 Procedimiento para la Resolución de Problemas ................................ 135
4.3.2 Ensamblaje de la Cama ....................................................................... 148
4.3.3 Despiece .............................................................................................. 150
4.4 MANUAL DE USUARIO .......................................................................... 154
4.4.1 Definición de los símbolos del manual ............................................... 154
4.4.2 Introducción ......................................................................................... 155
XI
4.4.3 Características del paciente ................................................................. 156
4.4.4 Instrucciones de uso ............................................................................ 157
4.4.5 Limpieza .............................................................................................. 163
4.4.6 Mantenimiento ..................................................................................... 163
4.4.7 Resolución de Problemas .................................................................... 166
4.4.8 Especificaciones Técnicas ................................................................... 166
CAPITULO V ............................................................................................................... 168
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 168
5.1 Conclusiones ............................................................................................... 168
5.2 Recomendaciones ....................................................................................... 169
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 171
ANEXOS ...................................................................................................................... 174
XII
ÍDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Diagrama espina de pescado ........................................................................... 2
Figura 2-1 Distribución de los planos en el somier de la cama. ..................................... 23
Figura 2-2 Representación galga extensiométrica tipo cinta. ......................................... 29
Figura 2-3 Celda de carga con galgas extensiométricas ................................................. 30
Figura 2-4 Diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre la celda de carga. .................... 34
Figura 2-5 Fuente de alimentación hidráulica ................................................................. 39
Figura 2-6 Fuente de alimentación neumática ................................................................ 40
Figura 2-7 Esquema de construcción de Actuador Lineal marca LINAK ...................... 42
Figura 2-8 Actuador Linak construcción interna ............................................................ 43
Figura 2-9 Valores de K para obtener longitud efectiva ................................................. 47
Figura 2-10 Componentes principales de un contacto de rodadura ................................ 51
Figura 2-11 Arreglos de puente de celdas de carga ........................................................ 53
Figura 2-12 Amplificador diferencial ............................................................................. 56
Figura 2-13 Esquema básico de medición utilizando el amplificador AD620 ............... 58
Figura 2-14 Respuesta a la frecuencia de cuatro tipos filtros. ........................................ 59
Figura 2-15 Configuración del filtro del amplificador de instrumentación para atenuar
interferencia RF ............................................................................................................... 60
Figura 2-16 Arquitectura Harvard simplificada para los microcontroladores ................ 62
Figura 2-17 Amplificador diferencial ............................................................................. 64
Figura 2-18 Seguidor de voltaje ...................................................................................... 65
Figura 2-19 Referencia 2.5V con coeficiente mínimo de temperatura. ......................... 65
Figura 2-20 Pantalla LCD 2x16 ...................................................................................... 66
Figura 2-21 Estructura de un dato enviado forma serial ................................................. 68
XIII
Figura 2-22 Distribución de pines del integrado MAX232 ............................................ 69
Figura 3-1 Diagrama de conexión de la celda de carga .................................................. 74
Figura 3-2 Conexión del cable de blindaje en Modo común .......................................... 74
Figura 3-3 Distribución de Pines del AD620 .................................................................. 75
Figura 3-4 Curva típica de CMRR vs. Frecuencia, con relación a la entrada ................. 77
Figura 3-5 Diagrama de conexión del integrado TL084 ................................................. 79
Figura 3-6 Circuito multiplexor de señal ........................................................................ 80
Figura 3-7 Diagrama de fuerzas actuantes sobre los brazos. .......................................... 81
Figura 3-8 Área de la columna ........................................................................................ 84
Figura 3-9 Diagrama de Momento Cortante eje Z .......................................................... 86
Figura 3-10 Diagrama de Momento Flexionante eje Z ................................................... 87
Figura 3-11 Diagrama de Momento cortante eje Y ........................................................ 87
Figura 3-12 Diagrama de Momento Flexionante eje Y .................................................. 88
Figura 3-13 Ensamble inferior A del elevador. ............................................................... 92
Figura 3-14 Ensamble superior A de elevador ................................................................ 93
Figura 3-15 Ensamble inferior B del elevador ................................................................ 93
Figura 3-16 Ensamble superior B del elevador ............................................................... 94
Figura 3-17 Base de la cama ........................................................................................... 95
Figura 3-18. Chumaceras ................................................................................................ 95
Figura 3-19 Diferentes pernos y tornillos ....................................................................... 96
Figura 3-20 Somier de la cama ....................................................................................... 96
Figura 3-21 Garrucha ...................................................................................................... 97
Figura 3-22 Celda de carga ............................................................................................. 97
Figura 3-23 Cabecero / piecero ....................................................................................... 98
XIV
Figura 3-24 actuador lineal ............................................................................................. 98
Figura 3-25 Platina de conexión ..................................................................................... 99
Figura 3-26 separador ..................................................................................................... 99
Figura 3-27 Bocines ...................................................................................................... 100
Figura 3-28 Batería ....................................................................................................... 100
Figura 3-29 planos de la cama ...................................................................................... 101
Figura 3-30 Caja de control........................................................................................... 101
Figura 3-31 Fuerzas aplicadas para la simulación. ....................................................... 104
Figura 3-32 Posición final elevación de la cama .......................................................... 105
Figura 3-33 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores en la elevación. ............. 105
Figura 3-34 Diagrama de desplazamientos y velocidad vertical del somier de la cama.
....................................................................................................................................... 106
Figura 3-35 Posición inicial antes de bajar la cama. ..................................................... 108
Figura 3-36 Posición final. ............................................................................................ 108
Figura 3-37 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores al recuar. ....................... 109
Figura 3-38 Estado inicial de la cama antes de la posición trendelenburg. .................. 110
Figura 3-39 Posición trendelenburg final. ..................................................................... 110
Figura 3-40 Fuerza aplicada por el motor inferior anterior y desplazamiento angular del
somier en la posición trendelenburg. ............................................................................ 110
Figura 3-41 Posición trendelenburg inversa final ......................................................... 112
Figura 3-42 Diagramas de fuerza aplicada y desplazamiento angular del somier. ....... 112
Figura 3-43 Estado inicial de la cama a media altura ................................................... 114
Figura 3-44 Fuerza aplicada por los actuadores en la posición trendelenburg desde altura
media ............................................................................................................................. 114
XV
Figura 3-45 Fuerza aplicada por los actuadores al realizarse la posición trendelenburg
inverso desde altura media. ........................................................................................... 116
Figura 3-46 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama ...... 117
Figura 3-47 Posición final fowler ................................................................................. 117
Figura 3-48 Fuerza aplicada por el motor superior anterior, desplazamiento y velocidad
angular del plano1 en la posición fowler ...................................................................... 118
Figura 3-49 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama para
elevación de rodillas ...................................................................................................... 120
Figura 3-50 Posición final de elevación de rodillas ...................................................... 120
Figura 3-51 Fuerza aplicada por el motor superior posterior, velocidades y
desplazamientos angulares de los planos 3 y 4 en elevación de rodillas ...................... 120
Figura 3-52 Amplificación celdas de carga .................................................................. 123
Figura 3-53 Simulación pantalla 1 ................................................................................ 124
Figura 3-54 Simulación peso muerto ............................................................................ 125
Figura 3-55 Simulación de encerado............................................................................. 126
Figura 3-56 Simulación de la obtención de peso sin carga adicional ........................... 127
Figura 3-57 Simulación de pesado de paciente ............................................................. 128
Figura 4-1 Diagrama de flujo para la resolución de problemas .................................... 146
Figura 4-2 Despiece rueda/celda ................................................................................... 150
Figura 4-3 Despiece de la base...................................................................................... 151
Figura 4-4 Despiece y armado general.......................................................................... 152
Figura 4-5 Despiece somier .......................................................................................... 153
Figura 4-6 Control de posición de la cama ................................................................... 157
Figura 4-7 Botones posición fowler .............................................................................. 158
XVI
Figura 4-8 Botones elevación de rodillas ...................................................................... 158
Figura 4-9 Botones elevación de la cama ..................................................................... 158
Figura 4-10 Botones trendelenburg/trendelenburg inverso........................................... 160
Figura 4-11 Ruedas con y sin freno. ............................................................................. 162
Figura 4-12 Batería de Backup ..................................................................................... 165
XVII
ÍDICE DE TABLAS
Tabla 1 Comparativa de herramientas de diseño CAD. .................................................... 8
Tabla 2 Comparativa de software de diseño Electrónico. ................................................. 8
Tabla 3 Comparativa de lenguajes de programación para microcontroladores. ............... 8
Tabla 4 Cuadro comparativo de tipos de motores. ............................................................ 9
Tabla 5 Inversión Total. .................................................................................................... 9
Tabla 6 Herramientas. ..................................................................................................... 10
Tabla 7 Muebles y equipos de oficina............................................................................. 11
Tabla 8 Activos fijos intangibles. ................................................................................... 11
Tabla 9 Capital de Trabajo. ............................................................................................. 11
Tabla 10 Materia Prima. .................................................................................................. 12
Tabla 11 Mano de Obra................................................................................................... 13
Tabla 12 Suministros. ..................................................................................................... 13
Tabla 13 Mantenimiento y Reparación. .......................................................................... 14
Tabla 14 Arriendos. ......................................................................................................... 14
Tabla 15 Uniformes y Equipos de Seguridad. ................................................................ 14
Tabla 16 Seguros. ............................................................................................................ 14
Tabla 17 Costo de Producción Anual.............................................................................. 15
Tabla 18 Depreciación. ................................................................................................... 15
Tabla 19 Amortización. ................................................................................................... 16
Tabla 20 Gastos Financieros. .......................................................................................... 16
Tabla 21 Precio de Venta. ............................................................................................... 17
Tabla 22 VAN. ................................................................................................................ 18
Tabla 23 Estado de resultados ......................................................................................... 19
XVIII
Tabla 24 Flujo Neto de Caja ........................................................................................... 20
Tabla 25 Tabla comparativa de camas existentes en el mercado. ................................... 27
Tabla 26 Características del microcontrolador PIC 16F877A ........................................ 63
Tabla 30 Requerimientos del proyecto ........................................................................... 70
Tabla 31 Especificaciones de la celda de carga a utilizar. .............................................. 72
Tabla 32 Cálculo en MDesign......................................................................................... 90
XIX
ÍDICE DE ECUACIOES
Ecuación (2.1) Esfuerzo Cortante ................................................................................... 45
Ecuación (2.2) Esfuerzo cortante en tensión uniaxial con cortante torsional ................. 45
Ecuación (2.3) Esfuerzo cortante con par torsional equivalente ..................................... 45
Ecuación (2.4) Radio de giro .......................................................................................... 46
Ecuación (2.5) Longitud efectiva .................................................................................... 47
Ecuación (2.6) Relación de esbeltez ............................................................................... 48
Ecuación (2.7) Constante de columna ............................................................................. 48
Ecuación (2.8) Fórmula de Euler .................................................................................... 48
Ecuación (2.9) Formula alternativa de Euler .................................................................. 49
Ecuación (2.10) Carga admisible .................................................................................... 50
Ecuación (2.11) Fórmula de J. B. Johnson ..................................................................... 50
Ecuación (2.12) Voltaje de salida del amplificador diferencial ..................................... 64
Ecuación (3.1) Señal máxima ......................................................................................... 72
Ecuación (3.2) Relación peso voltaje .............................................................................. 73
Ecuación (3.3) Capacidad máxima ................................................................................. 73
Ecuación (3.4) Ganancia del amplificador AD620 ......................................................... 75
Ecuación (3.5) Cálculo de la resistencia para ganancia del amplificador ....................... 75
Ecuación (3.6) Ancho de banda modo diferencial .......................................................... 76
Ecuación (3.7) Ancho de banda modo común ................................................................ 76
XX
ÍDICE DE AEXOS
Anexo 1 Propiedades de las áreas. ................................................................................ 174
Anexo 2 Propiedades del Acero AISI 4140 .................................................................. 175
Anexo 3. Flujograma de diseño .................................................................................... 176
Anexo 4 Fo tografías del proceso constructivo y pruebas del prototipo ....................... 177
Anexo 5. Prototipo CAD implementado mejoras de diseño. ........................................ 182
Anexo 6 Planos constructivos de la cama y circuitos PCB de la balanza ..................... 183
XXI
RESUME
La Unidad de Cuidados Intensivos del Hospital Carlos Andrade Marín actualmente
cuenta con 17 camas que poseen sistemas mecánicos e hidráulicos totalmente manuales,
por lo que es necesario implementar un sistema automatizado que permita efectuar los
movimientos de la cama y coadyuven a la recuperación del paciente, que en esta unidad
generalmente se encuentra en estado crítico, además facilite y optimice el trabajo del
personal de enfermería, evitando realizar movimientos manuales que muchas veces son
efectuados de una manera inadecuada pudiendo causar lesiones al personal o daños de
las partes mecánicas de la cama. Con la automatización se brinda mayor comodidad al
paciente y facilidad de manipulación al personal encargado de su cuidado, así como
también extiende la vida útil del mobiliario; para la ejecución de este proyecto se utilizó
las diferentes ramas de la ciencia que engloba la Ingeniería Mecatrónica.
El primer capítulo analiza la problemática y se plantea una solución, se establecen los
objetivos general y específicos, el alcance, justificación, factibilidad técnica y
económica.
En el segundo capítulo se indica una reseña de las camas que existen en el mercado y
sus características, además la base teórica para la ejecución del prototipo en lo
concerniente al diseño de los elementos mecánicos, sensores, adquisición y tratamiento
de señales.
En el tercer capítulo se realizan los cálculos de los diferentes elementos mecánicos y
electrónicos de la cama y balanza respectivamente, se detallan cada una de la piezas del
prototipo y su funcionamiento, para finalizar se ejecutan las simulaciones de cada uno
XXII
de los movimientos de la cama, utilizando diversas herramientas informáticas donde se
obtienen resultados como la velocidad, desplazamiento, fuerza.
El cuarto capítulo contiene: el proceso constructivo del prototipo, los manuales de
operación y de servicio técnico.
Para concluir el trabajo se presentan las conclusiones y recomendaciones, tomando en
cuenta las sugerencias presentadas por el personal que manipuló el prototipo en la
prueba.
XXIII
SUMMARY
The Intensive Care Unit of Hospital Carlos Andrade Marin currently has 17 beds that
have manual mechanical and hydraulic systems, so it is necessary to implement an
automated system that allows the movement of the bed and to assist in patient recovery,
who is usually found in critical condition, also ease and optimize the work of nurses,
thereby avoiding manuals movements which are often done in an inappropriate manner ,
this may cause injury to personnel or damage to the mechanical parts of the bed.
With this automation the hospital provides greater patient comfort and ease of handling
personnel responsible for their care, as well as extending the life of the equipment, for
the implementation of this project we are using many scopes of science that are included
in the Mechatronics Engineering.
The first chapter discusses the problem and proposes a solution, establishing the general
and specific goals, scope, justification, technical and economic feasibility.
The second chapter follows a review of the beds on the market and its features, plus the
theoretical basis for the implementation of the prototype with regard to the design of
mechanical elements, sensors, signal acquisition and processing.
In the third chapter, it shown the calculations of the various mechanical and electronic
components of the bed and the scales respectively, detailing each of the pieces of the
prototype and its operation, to end run the simulations for each of the movements of the
bed using several IT tools where the results are as speed, displacement, force.
The fourth chapter contains: the construction process of the prototype, operating
manuals and technical service manual.
XXIV
To conclude, the project presents conclusions and recommendations, taking the
suggestions made by staff who handled the prototype in the test.
________________________
Ing. Fausto Freire PhD. Director del Trabajo de Grado
1
CAPÍTULO I
1. ITRODUCCIÓ
El avance de la mecatrónica ha permitido que sistemas, maquinas, procesos que estén
involucrados en los diferentes campos de la ciencia puedan ser automatizados
permitiendo reducir tiempo, riesgos y mejorar la productividad; la medicina no está
fuera de esta tendencia por lo que dentro de este campo existen una infinidad de
instrumentos que pueden ser automatizados.
Esto puede aplicarse a las camas de la unidad de terapia intensiva del hospital, que son
susceptibles a la automatización, al modernizar este tipo de mobiliario, se espera que se
reduzcan costos y reutilizar partes y componentes, que de lo contrario saldrían en
desuso y desechados como chatarra.
Con los conocimientos adquiridos durante los años de estudio y tomando como punto de
partida la cama manual se plantea desarrollar el Proyecto de AUTOMATIZACION DE
UNA CAMA PARA TERAPIA INTENSIVA DEL HOSPITAL CARLOS ANDRADE
MARÍN desde el punto de vista teórico y práctico.
1.1 Antecedentes
La Unidad de Cuidados Intensivos del hospital Carlos Andrade Marín cuenta con 18
camas para este tipo de cuidados, que datan de hace unos 20 años aproximadamente y
no poseen ningún tipo de automatismo; son manejadas a través de manivela y pedales
hidráulicos para colocar la cama en las diferentes posiciones que esta ofrece como son:
Trendelenburg y Trendelenburg inverso, altura ajustable, fowler o espalda, elevación de
rodillas, y posición de auto contorno; el índice de ocupación de este servicio es del
100%, con una estancia en su mayoría prolongada de los pacientes.
2
Actualmente existen en el mercado camas modernas que permiten realizar todos estos
movimientos, de forma automática pero su precio supera los 30.000 dólares,
convirtiéndose este en un limitante a la hora de modernizar el mobiliario.
1.2 Sistematización
A través del proceso de la sistematización se busca enfocar, entender el problema y sus
futuras consecuencias, así como encontrar una posible solución para esto se analizan
cada una de las siguientes variables:
1.2.1 Diagnóstico
Es necesario identificar cada uno de los problemas y síntomas que conllevan utilizar
camas manuales en la unidad de Cuidados Intensivos del Hospital Carlos Andrade
Marín, para ello se utilizará un diagrama de espina de pescado.
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Procesos
El manejo de este tipo de camas representa un problema ya que muchas veces se
encuentran dañadas y la pérdida de tiempo en su manejo es considerable en un área en
la que no se puede desperdiciar grandes cantidades de tiempo.
Uso de camas manuales en el área de Terapia Intensiva del HCAM
Procesos Equipo Materia
Ambiente Personal
Figura 1-1 Diagrama espina de pescado
3
Equipo
Este tipo de equipo en la actualidad es obsoleto, considerando el gran avance en la
ciencia médica, y las circunstancias en la cuales trabaja.
Materia
El daño en la construcción es constante debido a la incorrecta manipulación, y a los
materiales que se usan en las reparaciones que se realizan en estos equipos.
Ambiente
El ambiente donde este tipo de equipo trabaja es desfavorable para su conservación y
mantenimiento por cuanto, siempre tienen un alto grado de ocupación, lo que impide
realizar un mantenimiento oportuno, además la presencia de fluidos corporales, propios
de los enfermos, como el vertido por accidente de productos de limpieza y
farmacéuticos pueden afectar a mecanismos expuestos y al funcionamiento en si de la
cama, se debe tomar en cuenta también el área donde estas trabajan debe ser de
completa asepsia, ya que estos ambientes deben estar libres de bacterias gérmenes, etc.
Personal
El manejo por parte del personal de estos equipos muchas veces no es el adecuado,
debido al desconocimiento o apuro en sus actividades.
1.2.2 Pronóstico
Bajo este tipo de condiciones el daño o pérdida de funcionalidad en los equipos es
eminente, tarde o temprano; afectando tanto al paciente que utiliza la cama, ya que no
puede recibir el tratamiento ni cuidados necesarios así como a los encargados de su
cuidado, ya que no pueden dar el tratamiento para su dolencia y pueden resultar
lastimados al adoptar una posición inadecuada tratando de que este tipo de camas
4
funcione; por otra parte se reduce más aun la capacidad de por si pequeña de recibir a
pacientes en esta área del hospital, cuando las camas manuales salen en desuso, y no
existen otras para remplazarlas.
1.2.3 Control del pronóstico
Para mitigar y disminuir los problemas antes enumerados se debe acoplar un sistema
para la automatización de este tipo de camas, que permita reducir al mínimo el
mantenimiento y prolongue la vida funcional de este tipo de equipos, así como evitar el
daño de la parte mecánica por su mala operación; además de reducir las lesiones que se
puedan generar a los encargados de su manejo, cuando las camas no funcionan
correctamente o están dañadas, brindando también un buen servicio y aportando en
parte para el correcto tratamiento a los pacientes que usen este tipo de camas.
1.3 Formulación del problema
El servicio de esta Unidad de Cuidados Intensivos cuenta con camas que poseen
sistemas mecánicos e hidráulicos sin ningún tipo de automatización.
La gran mayoría de los pacientes en esta área del hospital se encuentran inconscientes y
en estados críticos, lo cual no les permite realizar ningún tipo de movimiento y
necesitan de constantes tratamientos terapéuticos para evitar escaras y otros males
derivados de su falta de movimiento. El personal asignado a los pacientes, en este caso
las enfermeras, tienen que realizar los movimientos necesarios de la cama, de forma
manual; lo cual muchas veces es realizado de una manera inadecuada, lo que repercute
en un desgaste rápido y daño de las partes mecánicas de la cama, restringiendo así cada
vez más los movimientos de la misma.
5
¿La aplicación de ciencias como mecánica, electrónica, programación, ergonomía,
permitió, diseñar una cama funcional?
¿Es funcional el proyecto dentro de esta área del hospital?
¿La automatización de la cama de cuidados intensivos, permitió ahorrar costos, con
relación a la compra de una nueva cama con estas características?
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo General
Desarrollar una solución de automatización para las camas de la Unidad de Cuidado
Intensivos del Hospital Carlos Andrade Marín.
1.4.2 Objetivos Específicos
- Analizar el estado y ámbito del problema.
- Diseñar el sistema electro – mecánico del prototipo.
- Diseñar el sistema de control electrónico del prototipo.
- Diseñar la interfaz con el usuario.
- Construir el prototipo propuesto de la cama.
- Probar la funcionalidad del prototipo.
1.5 Justificación
Gracias a nuevas tecnologías se puede mejorar procesos y maquinas existentes al
automatizarlas, con esto se logra un mejor control, reducción de costos y aumento en la
productividad y seguridad.
6
La automatización de equipos y procesos es aplicable a cualquier ámbito, desde la
industria hasta el hogar, claro está es también a la medicina. Ya en este campo la
automatización de este tipo de equipo médico esencial en la recuperación de los
pacientes es muy importante ya que permite tener un mejor y más preciso control en los
movimientos de la cama, así como facilitar esta tarea al personal encargado del
paciente, permitiendo al enfermero realizar otras actividades encaminadas al cuidado
del paciente.
Otras de las ventajas con la automatización de la cama, es que se deja abierta la
posibilidad para que los modelos siguientes puedan ser mejorados a través de
modificaciones en el software y hardware, sin necesidad de alterar la estructura
existente.
A nivel internacional ya existe este tipo de camas y son muy utilizadas dentro de las
áreas de cuidados intensivos de los distintos hospitales; dentro del mercado nacional se
empiezan a distribuir este tipo de camas para hospitales y clínicas, pero su costo es
demasiado alto, el cual ronda los 30000 dólares por la unidad mas básica, de allí el
precio se incrementa según los módulos y funciones adicionales que se requieran.
Lo que trata con este proyecto es automatizar una de las camas de la unidad, a un menor
costo y con la mayor cantidad de funciones, que las camas que se pueden adquirir en el
mercado.
1.6 Alcance
Se plantea que el prototipo de la cama posea un sistema electro-mecánico para su
operación, así como un sistema de emergencia que permita operar la cama cuando no
exista suministro eléctrico.
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A través del sistema electro-mecánico operado mediante actuadores lineales se espera
controlar las posiciones de Trendelenburg, Trendelenburg inverso y la altura ajustable.
Así como las posiciones Fowler o espalda, posición de autocontorno, y elevación de
piernas.
En la cama vendría integrada una balanza digital permitiendo controlar el peso del
paciente mientras este se encuentre utilizando dicha cama, cabe recalcar que la balanza
debe poseer un sistema de tara (ajuste a cero), para que se pese únicamente al paciente,
mas no los distintos equipos conectados a este.
El control de las diferentes posiciones se plantea hacerlo por medio de un control
electrónico ubicado a un lado de la cama. Se plantea que la cama este conectada además
a una computadora, en donde al momento del ingreso al paciente se recojan los datos
del mismo, como nombre tipo de enfermedad, además de almacenar los datos
correspondientes al peso del paciente recogidos durante su permanencia en la cama.
Para la realización de este proyecto se aplicaran conocimientos de mecánica, actuadores
eléctricos, electrónica, los cuales permitirán cumplir con el desarrollo del mismo.
Con este proyecto se busca no solo beneficiar a esta área del hospital sino también al
resto del sector de la salud que necesite de este tipo de instrumental médico.
1.7 Factibilidad
1.7.1 Factibilidad técnica
Para analizar la factibilidad técnica del proyecto se realizaran tablas comparativas de los
diferentes aspectos a tomar en cuenta, concluyendo con los resultados.
8
Herramientas de Diseño CAD
Tabla 1 Comparativa de herramientas de diseño CAD.
Ponderación Características SolidWorks Autodesk Inventor
AutoCAD
10% Interacción con otros software 8 7 8
8% Costo de la licencia 4 6 5 50% Simulación 9 8 8 20% Análisis de esfuerzos 9 8 8
12% Manejo de ensambles y piezas 9 6 8 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Internet y publicaciones varias
Como herramienta de Diseño se planea utilizar SolidWorks ya que de acuerdo con las
comparaciones con otros software similares obtiene una mejor calificación, pese al
costo de su licencia.
Herramientas de diseño Electrónico
Tabla 2 Comparativa de software de diseño Electrónico.
Ponderación Características Proteus Multisim
45% Interacción con otros software 7 9 15% Costo de la licencia 8 7
40% Simulación 8 8 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Internet y publicaciones varias
Como herramienta para diseño electrónico se piensa utilizar Proteus ya que presenta
simulaciones bastante exactas de los sistemas electrónicos además, cuenta con gran
cantidad de componentes dentro de sus librerías.
Lenguaje de programación para microcontroladores
Tabla 3 Comparativa de lenguajes de programación para microcontroladores.
Ponderación Características Pic Basic Assembler
45% Rapidez de respuesta 7 9 15% Ahorro de código 7 8 50% Portabilidad 9 8
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Internet y publicaciones varias
9
El lenguaje a utilizar será Pic Basic debido a su portabilidad y facilidad de
programación.
Motores
Tabla 4 Cuadro comparativo de tipos de motores.
Ponderación Características Actuador lineal Servomotor Paso a paso
20% Velocidad 8 7 6 45% Torque 9 7 6
20% Control 7 9 8 15% Costo 8 6 8
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Internet y publicaciones varias
Los actuadores lineales los cuales constan de motores DC con motoreductor, entregan
mayor fuerza al sistema, característica muy necesaria a la hora de diseño del proyecto,
además este puede ajustarse mejor a los requerimientos ya que solo se debe escoger el
largo del vástago que se mueve linealmente, cabe recalcar que el control de la posición
del mismo es bastante exacto y fácil de realizarlo.
1.7.2 Factibilidad Económica
Indicadores Económicos: El TIR y VAN serán calculados como si se fuera a constituir
una empresa dedicada a la construcción y fabricación de este tipo de camas, teniendo
como meta fabricar 24 camas por año, esto se lo realizara de esta manera ya que no es
posible calcular este tipo de indicadores para la construcción de una sola cama.
Tabla 5 Inversión Total.
IVERSIÓ VALOR TOTAL
CAPITAL PROPIO
CAPITAL FIACIADO
Activos Fijos Tangibles Herramientas 1858,4 1200 658,4 Muebles y Equipos de Oficina 1484,1 1000 484,1
Total Act. Fijos Tang. 3342,5 2200 1142,5
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IVERSIÓ VALOR TOTAL
CAPITAL PROPIO
CAPITAL FIACIADO
Activos Fijos Intangibles Total Act. Fijos Intang 24480,0 8000 16480,0
Subtotal Activos Fijos 27822,5 10200,0 17622,5
CAPITAL DE TRABAJO Subtotal Capital de Trabajo 61972,0 20000 41972,0
TOTAL IVERSIÓ 89794,5 30200,0 59594,5
Porcentaje 100,00% 33,63% 66,37% Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Datos obtenidos de cálculos
Terrenos y construcciones no entran como activos fijos tangibles ya que se piensa
arrendar tanto el taller como el vehículo.
Tabla 6 Herramientas.
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo Total Soldadora 1 400 400 Moladora 1 85 85
Juegos de llaves 1 200 200 Taladro de mesa 1 700 700
Juego de brocas 1 80 80 Caja de herramientas 1 150 150 Remachadora 1 17 17
Sierra 2 20 40 Juego de desarmadores 1 50 50
kit de herramientas electrónica 1 50 50 Pinzas 2 25 50 Subtotal 1822
2% imprevistos 36,44 TOTAL 1858,44
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proformas de almacenes
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Tabla 7 Muebles y equipos de oficina.
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo Total
Escritorio 1 170 170 Sillas 2 70 140
Teléfono 1 40 40 Línea de teléfono 1 60 60
Conexión Internet 256 Kbps 1 50 50 Subtotal 460 2% imprevistos 9.2
TOTAL 469.2 Equipos de Computo:
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo total Programador Pics 1 45 45 Laptop HP dv4 1420 1 950 950
Subtotal 995 2% imprevistos 19.9
TOTAL 1014.9 TOTAL 1484.1
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proformas de almacenes
Tabla 8 Activos fijos intangibles.
Concepto Valor Constitución de la empresa 1500
Estudio de Prefactibilidad 2000 Puesta en marcha 500 Software y licencias 20000
Subtotal 24000 2% imprevistos 480
TOTAL 24480 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Internet, publicaciones varias
Tabla 9 Capital de Trabajo.
Concepto Valor
Costos de Fabricación 54735,26 Materia prima 36010,08
Materiales directos 1719,72 Materiales indirectos 156,67
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Concepto Valor
Mano de Obra Directa 16848,79 Gastos 7236,74 Suministros 612,00
Mantenimiento y reparación 109,14 Arriendos 6120,00
Uniformes y equipo de seguridad 380,46 Seguros 15,14
Total Capital de Trabajo 61972,00 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cálculos obtenidos de Excel
Tabla 10 Materia Prima.
Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual
Actuadores lineales 503.00 12072.00 Celdas de carga 360.00 8640.00 Caja de control 164.00 3936.00
Sistema backup 147.00 3528.00 Control 62.00 1488.00
Estructura metálica 120.00 2880.00 ruedas 30.00 720.00 Material electrónico 45.00 1080.00
Tablero con recubrimiento 40.00 960.00 Subtotal 1471.00 35304.00
2% imprevistos 29.42 706.08 TOTAL 1500.42 36010.08 Materiales Directos Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual Pernos y tornillos 12.5 300.00
tuercas y arandelas 5 120.00 Cable 2 48.00
Discos abrasivos 2 48.00 Electrodos 2 48.00
Pintura 45.00 1080.00 Estaño 0.50 12.00 Lubricantes 1.25 30.00
Subtotal 70.25 1686.00 2% imprevistos 1.41 33.72
TOTAL 71.655 1719.72
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Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual
Materiales Indirectos Plástico de embalaje 1 24,00
Cinta de embalaje 0,4 9,60 Transporte y Aduanas 10 120,00 Subtotal 11,4 153.6
2% imprevistos 0,228 3,07 TOTAL 11,628 156,67
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cotizaciones de almacén
El Costo Total anual se toma como si se fueran a fabricar 24 camas al año.
Tabla 11 Mano de Obra.
Cargo # de personas Sueldo básico
individual Sueldo mensual
IBS Sueldo Anual IBS
Diseñador 1 510 698,22 8378,58 Ayudante 2 240 678,32 8139,84
Subtotal 1376,54 16518,42
2% imprevistos 27,53 330,37 TOTAL 1404,07 16848,79
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Comisiones Sectoriales
Tabla 12 Suministros.
Concepto Unidad Cantidad Mensual Costo Unitario
Costo Mensual
Costo Total Anual
Energía eléctrica Kwh 200 0.07 14 168 Agua m3 8 0.5 4 48 Internet kbps 1000 29 348
Teléfono min 100 0.03 3 36 Subtotal 50 600
2% imprevistos 1 12 TOTAL 51 612
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados básicos
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Tabla 13 Mantenimiento y Reparación.
Concepto Valor % del Costo Valor Mensual Valor Anual
Muebles y equipos 469.2 3% 1.17 14.08 Maquinaria 1858.44 5% 7.74 92.92
Subtotal 8.92 107.00 2% imprevistos 0.18 2.14
TOTAL 9.09 109.14 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados básicos
Tabla 14 Arriendos.
CONCEPTO Cantidad Valor Mensual Valor Total
Taller y Bodega 1 300 300 Vehículo 1 200 200 Subtotal 500
2% imprevistos 10 TOTAL 510
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados básicos
Tabla 15 Uniformes y Equipos de Seguridad.
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo Total Anual Overol de tela jean 2 35 70
Zapatos industriales 2 75 150 Respirador de polvo 2 30 60
Protector auditivo 2 4 8 Guantes de cuero 1 5 5 Gafas de protección 2 15 30
Extintores 1 50 50 Subtotal 373
2% imprevistos 7.46 TOTAL 380.46
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cotizaciones varias
Tabla 16 Seguros.
Concepto Valor Total % de Valor
Total Valor Mensual Valor Anual Muebles y enceres 469.2 1.00% 0.39 4.69 Equipos de computo 1014.9 1.00% 0.85 10.15 Subtotal 1.24 14.84
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Concepto Valor Total % de Valor
Total Valor Mensual Valor Anual 2% imprevistos 0.02 0.30 TOTAL 1.26 15.14
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados varios
Tabla 17 Costo de Producción Anual.
Costo Total Costo Variable Costo Fijo COSTO DE FABRICACIÓN Costos Directos Materia Prima 36010.08 36010.08 Materiales Directos 1719.72 1719.72 Mano de Obra Directa 16848.79 16848.79
Costos Indirectos Materiales Indirectos 156.67 156.67 Suministros 612.00 612.00 Mantenimiento 109.14 109.14 Seguros 15.14 15.14 COSTOS DE ADMINISTRATIVOS Personal Administrativo 0 0 Gastos Administrativos 0.00 0 0
COSTOS DE VENTAS Total de costos de ventas 0 0
COSTOS FINANCIEROS Total de costos financieros 7054.14 7054.14
COSTO DE PRODUCCIÓN TOTAL 62525,68 54844.40 7681.28
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Contabilidad de Kester
Tabla 18 Depreciación.
Concepto Costo Vida Útil %
Valor Residual
Valor a Depreciar
Depreciación Anual
Maquinaria 1858.4 10 10.00% $ 92.92 $ 1,765.52 176.55
Muebles y Enceres 469.2 10 10.00% $ 23.46 $ 445.74 44.57
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Concepto Costo Vida Útil %
Valor Residual
Valor a Depreciar
Depreciación Anual
Equipos de computación 1014.9 3 33.33% $ 50.75 $ 964.16 321.35 TOTAL $ 167.13 542.48
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cálculos Excel
Tabla 19 Amortización.
Concepto Valor Vida Útil % Amortización Anual
Constitución de la empresa 1500 5 20.00% 300.00 Estudio de Prefactibilidad 2000 5 20.00% 400.00 Puesta en marcha 500 5 20.00% 100.00
Software y Licencia 20000 5 20.00% 4000.00 TOTAL 4800.00
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Publicaciones SRI
Tabla 20 Gastos Financieros.
Valor Capital Financiado 59594,54 Plazo 10 años Interés anual 12,00%
Años semestres Pago periódico Interés Amortización Saldo
Insoluto
0 $ 59.594,54 1 $ 5.195,72 $ 3.575,67 $ 1.620,05 $ 57.974,49 2 $ 5.195,72 $ 3.478,47 $ 1.717,25 $ 56.257,23
Año 1 $ 7.054,14 $ 3.337,31 1 $ 5.195,72 $ 3.375,43 $ 1.820,29 $ 54.436,94 2 $ 5.195,72 $ 3.266,22 $ 1.929,51 $ 52.507,43
Año 2 $ 6.641,65 $ 3.749,80 1 $ 5.195,72 $ 3.150,45 $ 2.045,28 $ 50.462,16 2 $ 5.195,72 $ 3.027,73 $ 2.167,99 $ 48.294,16
Año 3 $ 6.178,18 $ 4.213,27 1 $ 5.195,72 $ 2.897,65 $ 2.298,07 $ 45.996,09 2 $ 5.195,72 $ 2.759,77 $ 2.435,96 $ 43.560,13
Año 4 $ 5.657,42 $ 4.734,03 1 $ 5.195,72 $ 2.613,61 $ 2.582,12 $ 40.978,02 2 $ 5.195,72 $ 2.458,68 $ 2.737,04 $ 38.240,98
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Años semestres Pago periódico Interés Amortización Saldo
Insoluto
Año 5 $ 5.072,29 $ 5.319,16 1 $ 5.195,72 $ 2.294,46 $ 2.901,26 $ 35.339,71 2 $ 5.195,72 $ 2.120,38 $ 3.075,34 $ 32.264,37
Año 6 $ 4.414,84 $ 5.976,61 1 $ 5.195,72 $ 1.935,86 $ 3.259,86 $ 29.004,51 2 $ 5.195,72 $ 1.740,27 $ 3.455,45 $ 25.549,06 Año 7 $ 3.676,13 $ 6.715,31 1 $ 5.195,72 $ 1.532,94 $ 3.662,78 $ 21.886,28 2 $ 5.195,72 $ 1.313,18 $ 3.882,55 $ 18.003,73 Año 8 $ 2.846,12 $ 7.545,33 1 $ 5.195,72 $ 1.080,22 $ 4.115,50 $ 13.888,23 2 $ 5.195,72 $ 833,29 $ 4.362,43 $ 9.525,80 Año 9 $ 1.913,52 $ 8.477,93 1 $ 5.195,72 $ 571,55 $ 4.624,18 $ 4.901,63 2 $ 5.195,72 $ 294,10 $ 4.901,63 $ 0,00 Año 10 $ 865,65 $ 9.525,80
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimado Banca privada
Tabla 21 Precio de Venta.
Producto Producción
CPT anual (USD)
Costo total unitario (USD)
P.V
CPT / PA CU + 12% + 20%
Camas UCI 24 62525.68 2605.24 3438.91 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Calculo estimativo Excel
Costo de Oportunidad:
Tasa activa 9.19% Riesgo país 4.12%
Tasa pasiva 5.24% Tasa impositiva 36.25%
Tasa de descuento TD 9.77%
Fuente: Publicaciones Banco Central
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Tabla 22 VAN.
Años FNC FNCA VANm VAN M
0 -30200,00 -30200,00 1 6.857,57 $ 6.247,18
2 7.078,73 $ 6.448,66 3 7.289,20 $ 6.640,40
4 7.370,36 $ 6.714,33 5 7.552,79 $ 6.880,53 6 5.977,29 $ 5.445,26
7 6.120,80 $ 5.575,99 8 6.239,84 $ 5.684,44
9 6.330,51 $ 5.767,04 10 6.388,40 $ 5.819,78
VAN = $ 12.910,49 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cálculos Excel
TIR
TIR = 18.65%
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cálculos Excel
De acuerdo a los indicadores económicos obtenidos y bajo los parámetros que se
calcularon se puede decir que el proyecto es factible.
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Tabla 23 Estado de resultados
Concepto Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10 Ventas brutas 82.533,89 84.267,11 86.036,72 87.843,49 89.688,20 91.571,65 93.494,66 95.458,04 97.462,66 99.509,38 Costo de producción 62.525,68 63.677,41 64.853,33 66.053,94 67.279,77 68.531,34 69.809,19 71.113,87 72.445,96 73.806,02 Utilidad Bruta en ventas 20.008,22 20.589,70 21.183,39 21.789,54 22.408,43 23.040,32 23.685,47 24.344,17 25.016,71 25.703,36 Gastos Administrativos 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Gastos de ventas 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Depreciaciones 542,48 542,48 542,48 221,13 221,13 221,13 221,13 221,13 221,13 221,13 Amortizaciones 4.800,00 4.800,00 4.800,00 4.800,00 4.800,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Utilidad neta en operación 14.665,74 15.247,22 15.840,91 16.768,42 17.387,31 22.819,19 23.464,34 24.123,05 24.795,58 25.482,24 Costos financieros 7.054,14 6.641,65 6.178,18 5.657,42 5.072,29 4.414,84 3.676,13 2.846,12 1.913,52 865,65 Utilidad antes de participación 7.611,60 8.605,57 9.662,73 11.111,00 12.315,02 18.404,35 19.788,21 21.276,93 22.882,06 24.616,59 15% participación de trabajadores 1.141,74 1.290,84 1.449,41 1.666,65 1.847,25 2.760,65 2.968,23 3.191,54 3.432,31 3.692,49 Utilidad neta antes de impuestos 6.469,86 7.314,73 8.213,32 9.444,35 10.467,76 15.643,70 16.819,98 18.085,39 19.449,75 20.924,10 25% impuesto a la renta 1.617,46 1.828,68 2.053,33 2.361,09 2.616,94 3.910,92 4.204,99 4.521,35 4.862,44 5.231,03 Utilidad eta 4.852,39 5.486,05 6.159,99 7.083,26 7.850,82 11.732,77 12.614,98 13.564,04 14.587,31 15.693,08
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Contabilidad de Kester
20
Tabla 24 Flujo Neto de Caja
Años Utilidad
Neta Depreciación Amortización Capital de Trabajo
Valor residual Inversión Préstamo
Amortización deuda FNC
0 89794,54 59594,54 -30200,00
1 4.852,39 542,48 4800,00 3337,31 6.857,57
2 5.486,05 542,48 4800,00 3749,80 7.078,73
3 6.159,99 542,48 4800,00 4213,27 7.289,20
4 7.083,26 221,13 4800,00 4734,03 7.370,36 5 7.850,82 221,13 4800,00 5319,16 7.552,79
6 11.732,77 221,13 0 5976,61 5.977,29
7 12.614,98 221,13 0 6715,31 6.120,80
8 13.564,04 221,13 0 7545,33 6.239,84 9 14.587,31 221,13 0 8477,93 6.330,51
10 15.693,08 221,13 0 9525,80 6.388,40
61972,00 8466,00 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Contabilidad de Kester.
21
CAPÍTULO II
2. MARCO DE REFERECIA
Este tipo de mobiliario médico es de suma importancia en el área de cuidados intensivos
para que la recuperación del paciente sea integral, y se minimice el riesgo de sufrir
padecimientos derivados de la falta de movilidad en el paciente.
El cambio regular de posición del paciente ha sido recomendado como medida para
reducir la atelectasia y movilizar secreciones pulmonares, así reduciendo el riesgo de
infecciones en el tracto respiratorio (Griffiths, 2005).
Las enfermeras de la Unidad de Terapia Intensiva están involucradas en el
reposicionamiento frecuente de los pacientes para mejorar su ventilación pulmonar y
controlar la presión de la zona. La inmovilidad incrementa el riesgo de complicaciones
pulmonares. En caso del colapso de los alveolos en el pulmón, se produce atelectasia
conduciendo a una distensibilidad pulmonar reducida. La inmovilidad agrava la
acumulación de mucosidades en los pulmones, culminando en infecciones respiratorias.
Las diferentes posiciones que se logran a través de la automatización de las posiciones
de la cama, coadyuvan a tratar diversos padecimientos y lesiones que se presenten en el
paciente, se logra facilitar el trabajo de las personas encargadas del cuidado del
paciente, así como evitar lesiones que se generan por movimientos bruscos.
2.1 Características generales de las camas.
Dimensiones
Las dimensiones de la cama podrán variar para adecuarse al diseño y a las necesidades
del cliente, pero estas deberán estar enmarcadas dentro las normas como la NBE-CPI/
22
96, según la cual la anchura libre en puertas de habitaciones, pasos y salidas será 1,05
m. mínimo. La anchura de cada hoja será 1,20 m. máximo, con esto las medidas serán:
H: Altura fija o regulable. Regulable mín. 40, máx. 90 cm.
L: Longitud fija o regulable. Regulable min. 190, máx. 220 cm.
W: Ancho entre 80 y 100 cm.
P: Peso entre 80 y 130 kg.
Posiciones de las camas
- Elevación en altura
La altura de la cama de cuidados intensivos debe ser variable. Teniendo como altura
mínima 450 mm y como altura máxima 900 mm medidos desde el suelo. Esto permite a
la cama colocarla en posición de reposo nocturno para el descanso del paciente.
Descendiendo horizontalmente la cama hasta su altura mínima; aumenta la seguridad,
evita daños por caída y facilita el acceso a la cama para el paciente. Además permite
posición de atención al paciente, la cual ayuda al profesional encargado de su cuidado
revisarlo sin necesidad de adoptar posiciones inadecuadas, de acuerdo a su altura.
- Trendelenburg –Trendelenburg inverso
En estas posiciones todo el somier de la cama adopta una posición entre -16° y 16° con
respecto a la horizontal, llamándose Trendelenburg a las posiciones comprendidas entre
0 y 16° y Trendelenburg inverso a las posiciones comprendidas entre 0 y -16°.
- Fowler
También llamada de espalda, en esta posición, la parte superior de la cama, donde se
asienta la espalda, toma una inclinación entre 0 y 70° con respecto a la horizontal.
23
- Elevación de muslos
En esta posición, el plano del somier sobre el cual descansan los muslos, puede tomar
inclinaciones comprendidas en los 0° y 40° con respecto a la horizontal del lecho,
permitiendo, además flexionar o no las rodillas.
- Silla cardiaca
Mediante la combinación de movimientos de la cama como son: fowler o espalda,
Trendelenburg y elevación de muslos se puede llevar a cabo la posición de silla
cardiaca, este tipo de movimiento en una cama de terapia intensiva es imprescindible.
Somier
El somier está compuesto por un número determinado de planos. Puede ser un somier
no articulado de un solo plano, o puede estar formado por 3 o 4 planos articulados, que
permiten variar la posición del paciente en el lecho. El plano de respaldo (1) que
permite la posición fowler. El plano central (2) es fijo. El plano de muslos (3) que
permite la elevación de muslos. El plano de los pies (4) varía según la posición del
plano de los muslos, y a su vez puede regular su altura respecto a la horizontal del punto
más alto del plano (3). Los planos antes descritos se pueden apreciar mejor en la
siguiente figura:
Figura 2-1 Distribución de los planos en el somier de la cama.
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
12 3
4
24
El somier puede estar fabricado en diferentes tipos de materiales y formas:
- Estructura tubular de acero recubierto de pintura epoxi, poliéster, etc.
- Varilla metálica electrosoldada.
- Materiales termoplásticos.
- Fibra inyectada radiotransparente.
- Material compacto HLP.
Estructura
Normalmente la estructura de la cama está fabricada en Acero recubierto en resina
epoxi, pintura epoxi-poliéster, o polvo poliéster puro.
La estructura puede ser fija, o por el contrario, puede variar en altura mediante un
accionamiento de tipo electrónico, hidráulico o manual. También puede ser una
estructura extensible, que permita variar su longitud. Puede tener posicionamiento
Trendelenburg y Trendelenburg inverso, y movimiento de lateralización. La estructura
debe estar preparada para alojar el cabecero y el piecero de la cama, así como diferentes
accesorios como pueden ser un incorporador, porta-sueros, arco balcánico, barandillas
laterales, etc.
Accionamientos
Los accionamientos son todos aquellos sistemas que permiten llevar a cabo los distintos
movimientos que son necesarios en este tipo de camas estos pueden ser:
- Manual
Mediante husillos, serretas o manivelas plegables, que permiten regular los planos del
somier y la posición y altura del bastidor.
25
- Eléctrico y Electrónico
Mediante un mando electrónico el cual accionará a uno o varios actuadores eléctricos de
baja tensión, que permitan los diferentes movimientos de la cama. Este tipo de
accionamiento debe llevar baterías o un sistema mecánico de emergencia que permitan
el movimiento normal en caso de fallo del suministro eléctrico normal. Se puede
implementar además una consola auxiliar que permita también el control de los
movimientos accionados a través actuadores eléctricos.
- Hidráulico o neumático
Mediante un sistema de elevadores hidráulicos accionados a través de pedales, pueden
realizarse los movimientos de elevación de la estructura de la cama, así como los
movimientos de tren y trendelenburg inverso; de manera similar a la hidráulica un
sistema neumático puede realizar los mismos movimientos.
Tren de rodadura
Ruedas giratorias pivotantes con diámetro de 125 mm o de 150 mm según el tipo de
cama. Pueden ser ruedas de rodadura simple o de rodadura doble (ruedas doble
carenadas). El bloqueo de las ruedas es de dos tipos:
- Freno independiente: se bloquean individualmente y en diagonal dos ruedas de
la cama.
- Freno centralizado: un pedal con tres posiciones que permite el bloqueo
simultáneo de las cuatro ruedas, el bloqueo de una sola rueda para
desplazamientos unidireccionales, y el desbloqueo simultáneo de las cuatro
ruedas.
26
ormativas internacionales de diseño y construcción
Existen varias normativas para el diseño y construcción de equipos y mobiliario medico
entre estas normas se citan las siguientes:
- UNE-EN 60601-1:1993: Equipos Electromédicos. Requisitos Generales Para La
Seguridad. (Version Oficial EN 60601-1:1990).
- UNE-EN 60601-1-1:1996: Equipos Electromédicos. Parte 1: Requisitos
Generales De Seguridad. Seccion Uno: Norma Colateral: Requisitos De
Seguridad Para Sistemas Electromédicos.
- UNE-EN 60601-2-38:1997: Equipos Electromédicos. Parte 2: Requisitos
Particulares De Seguridad Para Las Camas De Hospital Electromecánicas.
- UNE-EN 60335: Seguridad De Los Aparatos Electrodomésticos Y Análogos.
- UNE-EN-46001 Sistemas De La Calidad Para Productos Sanitarios.
- Directiva Comunitaria 93/42/CEE De Productos Sanitarios.
De acuerdo a la información obtenida en el INEN, en el Ecuador no existe una
normativa para el diseño y construcción de este tipo de mobiliario, por lo que en este
tipo de diseños se debe considerar las Normas Internacionales vigentes que traten sobre
el tema.
2.2 Características de algunas camas del mercado
En el siguiente cuadro se comparan las características que poseen algunas de las camas
que se pueden encontrar en el mercado local, además de la cama utilizada actualmente
en la Unidad de Cuidados Intensivos del hospital y de la solución de automatización que
se propone en esta tesis.
27
Tabla 25 Tabla comparativa de camas existentes en el mercado.
Camas para Terapia Intensiva en el Mercado
Características 1 2 3 4 5 6 7
Altura regulable*
Trendelenburg / trendelenburg inverso > 12° *
Elevación de rodillas *
Posición fowler*
Función terapéutica tramo piernas manual
Posición silla cardíaca
Balanza
Capacidad máxima 200Kg
Conexión con PC
Respaldo de batería
Actualizaciones por software ***
*A través de accionamiento eléctrico por medio de un mando central.
** Cama actualmente utilizada en el servicio de Terapia Intensiva del Hospital.
*** Para agregar nuevas características a la cama únicamente con el cambio en el
software de acuerdo a requerimientos específicos del cliente.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Publicaciones e Internet.
Para el desarrollo del proyecto se considera algunas características de diversas camas
existentes en el mercado, sin tomar una como referencia específica; presentando así la
solución propuesta en el ítem 7.
ÍTEM DESCRIPCIÓN 1 CI healthcare 2 Astaburuaga Cama K2 3 Total care duo2 hillroom 4 Komplet Electrica 5 Stryker critical care bed** 6 Cama Ferromédica 7 Solución de automatización propuesta
28
2.3 Sensores
Son elementos que producen una señal relacionada con la cantidad que se está midiendo
y se utilizan en muchos campos, para medir diferentes magnitudes físicas entre las
cuales se pueden citar: peso, luminosidad, presión, voltaje, desplazamiento, velocidad,
proximidad, etc.
Al seleccionar un sensor para hay que considerar varios factores:
1. El tipo de medición que se requiere, la variable que se va a medir, su valor
nominal, el rango de valores, la exactitud, velocidad de medición y confiabilidad
requeridas, las condiciones ambientales en las que se realizará la medición.
2. El tipo de salida que se requiere del sensor, lo cual determinara las condiciones
de acondicionamiento de la señal.
3. Con base en lo anterior se pueden identificar algunos posibles sensores, teniendo
en cuenta rango, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta, confiabilidad,
facilidad de mantenimiento, duración, requisitos de alimentación eléctrica,
solidez, disponibilidad y costo.
La elección de un sensor no se puede hacer sin considerar el tipo de salida que el
sistema debe producir después de acondicionar la señal; por ello, es necesaria una
integración idónea entre sensor y acondicionador de señal. (Zemic Europe, 2010)
2.3.1 Galgas Extensiométricas
- Principio Básico de funcionamiento
El cambio de la resistencia eléctrica resultado de la tensión o compresión mecánica,
representa el principio básico sobre el cual operan las galgas extensiométricas.
(Murray, 1992)
Descripción constructiva
Existen dos tipos de galgas básicos:
- De hilo conductor o lámina conductora
El sensor está constituido básicamente por una base muy delgada no conductora y muy
flexible, sobre la cual va
acaban en dos terminales a los cuales se conecta el transductor.
- Semiconductoras
Las galgas semiconductoras son similares a las anteriores. En este tipo de galgas se
sustituye el hilo metálico por un material semiconductor.
semiconductoras tienen un tamaño más reducido.
Figura
2.3.2 Celdas de Carga
- Principio de funcionamiento
Una modalidad muy común de transductor para medir fuerza se basa en el empleo de
deformímetros de resistencia eléctrica para monitorear la deformación de cierto
elemento cuando éste se estira, comprime o dobla por la aplicación de una fuerza. A
este transductor se le conoce como celda de carga. La celda de carga es un tubo
cilíndrico, o un bloque en el que se colocan deformímetros o extensómetros. Al aplicar
fuerzas para comprimir o flejar a la celda de carga, los deformímetros producen un 29
Descripción constructiva
Existen dos tipos de galgas básicos:
De hilo conductor o lámina conductora
El sensor está constituido básicamente por una base muy delgada no conductora y muy
flexible, sobre la cual va adherido un hilo metálico muy fino. Las terminaciones del hilo
acaban en dos terminales a los cuales se conecta el transductor.
Semiconductoras
Las galgas semiconductoras son similares a las anteriores. En este tipo de galgas se
sustituye el hilo metálico por un material semiconductor.
semiconductoras tienen un tamaño más reducido.
Figura 2-2 Representación galga extensiométrica tipo cinta
Celdas de Carga
Principio de funcionamiento
Una modalidad muy común de transductor para medir fuerza se basa en el empleo de
deformímetros de resistencia eléctrica para monitorear la deformación de cierto
elemento cuando éste se estira, comprime o dobla por la aplicación de una fuerza. A
este transductor se le conoce como celda de carga. La celda de carga es un tubo
o un bloque en el que se colocan deformímetros o extensómetros. Al aplicar
fuerzas para comprimir o flejar a la celda de carga, los deformímetros producen un
El sensor está constituido básicamente por una base muy delgada no conductora y muy
adherido un hilo metálico muy fino. Las terminaciones del hilo
Las galgas semiconductoras son similares a las anteriores. En este tipo de galgas se
sustituye el hilo metálico por un material semiconductor. Este tipo de galgas
Representación galga extensiométrica tipo cinta.
Fuente: (Coughlin, 1999)
Una modalidad muy común de transductor para medir fuerza se basa en el empleo de
deformímetros de resistencia eléctrica para monitorear la deformación de cierto
elemento cuando éste se estira, comprime o dobla por la aplicación de una fuerza. A
este transductor se le conoce como celda de carga. La celda de carga es un tubo
o un bloque en el que se colocan deformímetros o extensómetros. Al aplicar
fuerzas para comprimir o flejar a la celda de carga, los deformímetros producen un
30
cambio de resistencia, el cual es la medida de la deformación y, por lo tanto, de las
fuerzas aplicadas. Por lo general, estos indicadores de presión se utilizan para fuerzas de
hasta 10Mn, su error aproximado por no linealidad es de +- 0.03% del rango total, el
error por histéresis de +- 0.02% del rango total. (Bolton, 2005)
En la figura 2.3 se muestra una construcción típica de una celda de carga con
extensómetros para medir fuerza de compresión. El miembro detector de carga es
suficientemente corto para evitar que la columna se arquee bajo la carga nominal y está
proporcionado para que desarrolle aproximadamente de 1500µε con carga de escala
completa. Los materiales utilizados incluyen acero SAE 4340, acero inoxidable 17-4 PH
y aleación de aluminio 2024-T4. Los medidores de metal tipo hoja se adhieren en los
cuatro lados; los medidores 1 y 3 detectan el esfuerzo directo provocado por Fi y el 2 y
el 4 esfuerzo transversal provocado por la relación de Poisson µ. Esta disposición da
una sensibilidad 2(1+µ) veces que la lograda con un solo medidor activo en el puente.
También proporciona compensación por temperatura primaria puesto que los cuatro
medidores están a la misma temperatura. Además, el arreglo es insensible a esfuerzos de
flexión provocados por la aplicación de Fi descentrada o a un cierto ángulo.
Figura 2-3 Celda de carga con galgas extensiométricas
Fuente: (Doebelin, 2005)
31
La deflexión bajo carga completa de semejantes celdas de carga es del orden de 0.001 a
0.015 in, lo que indica su elevada rigidez. A menudo la frecuencia natural no se valúa
puesto que es determinada casi por completo por elementos de la masa portadores de
fuerza externos al transductor. Esto es especialmente cierto en las muchas aplicaciones
en que la celda de carga se utiliza para pesar. Para alcanzar alta precisión (0.3 a 0.1% de
la carga completa), requerida en muchas aplicaciones es necesaria una compensación
por temperatura adicional. Esto se logra por medio de resistores sensibles a la
temperatura Rgc y Rmc. Mostrados en la figura 2.3. Estos resistores están
permanentemente adheridos en la parte interna de la celda de carga para que asuma la
misma temperatura que los medidores. Es decir, aunque se desea medir fuerza, los
medidores detectan deformación, por lo tanto, cualquier cambio del módulo de
elasticidad producirá una deformación diferente, aun cuando la fuerza es la misma.
Como todos los metales cambian de módulo con la temperatura, este efecto provoca una
variación de la sensibilidad. (Doebelin, 2005)
- Fuerzas actuantes sobre celdas de carga
El entendimiento de la forma exacta en que una carga o fuerza debe ser aplicada a la
celda de carga es de vital importancia para el buen diseño de una balanza o sistema de
peso en plataformas tanques, tolvas, silos, etc. permitiendo además una correcta
selección del modelo de celda de carga adecuado para la aplicación.
o El Ideal
Las especificaciones técnicas de las celdas de cargas han sido determinadas bajo
condiciones de laboratorio, aplicando la carga o fuerza a la celda bajo condiciones lo
más cercanas posibles a la perfección.
32
En la figura 2.4 (a) vemos una simple aplicación con una celda de carga de tipo viga de
flexión. Uno de los lados está firmemente fijado a una base rígida, con el extremo
opuesto libre para flexionar de acuerdo al peso o carga aplicada. Bajo condiciones
ideales, la superficie será perfectamente plana, horizontal y totalmente rígida.
La carga F se introduce en forma vertical con un mínimo de fuerzas extrañas aplicadas.
Las celdas de carga están preparadas para ser insensibles en lo posible a todas las
fuerzas distintas a la vertical. Lamentablemente, en el mundo real, el montaje de las
celdas y las condiciones de aplicaciones de fuerzas están generalmente alejados del
ideal. Entendiendo los problemas de aplicación de fuerzas descritos a continuación
permitirán prevenir la mayoría de los problemas en la instalación del sistema de pesaje.
Generalmente estas fuerzas o cargas distintas a las verticales se pueden producir por
accesorios de montaje no alineados debidamente, una base poco rígida, expansión o
contracción térmica, deflexión al aplicar la carga etc.
o Fuerzas Angulares
Esta es una condición en que la fuerza F es introducida al orifico de recepción de carga
en un ángulo en relación con el eje central figura 2.4 (b). Esta fuerza se anula si el
componente angular llega a los 90° en relación con el eje central.
Por ejemplo, si la fuerza F está inclinada en 4° en relación a al eje central, en ese caso la
fuerza registrada por la celda de carga se reduce en un 0.4° pues se aplica una fuerza
lateral de 0.1F. Si esta dirección de la fuerza aplicada es constante, la calibración
compensará este error y la balanza será precisa. En cambio, si este ángulo varía al
33
aplicar el peso, se producirá falta de linealidad en la balanza, fricciones en el sistema
mecánico y errores por histéresis.
o Cargas Excéntricas
Esta es una condición en que la fuerza es aplicada a la celda en forma vertical pero la
línea del eje de acción está apartada del eje del orificio de carga de la celda de carga,
esto se puede apreciar en la figura 2.4 (c)
Esta condición no afectará el normal funcionamiento de la balanza o sistema de pesaje
si la posición es constante, pues al calibrar se compensará el error. En cambio, si este
punto de aplicación varía durante el funcionamiento del sistema, se producirán errores
de linealidad e histéresis.
o Cargas Laterales
Esta es una condición en que la fuerza F (la que se desea medir) está acompañada por
otra fuerza R aplicada a 90° en relación a F, esto se puede ver en la figura 2.4 (d). Esta
fuerza podría ser constante, pero casi siempre varia en el tiempo produciendo errores de
linealidad e histéresis.
La celda de carga ideal debe ser totalmente insensible a estas fuerzas laterales, sin
embargo en la práctica se producen errores de precisión por causa de estas fuerzas y
generalmente no todas las celdas reaccionan en la misma forma ante problemas
similares.
En el sistema de pesaje de la cama no deben existir fuerzas laterales al momento de esta
permanecer permanecer inmóvil y posición para pesaje, sin embargo estas existirán al
34
momento de la cama ser transportada o cuando no se encuentre en una posición
completamente inmóvil
o Fuerzas Giratorias o de Torque
Generalmente, las fuerzas laterales no actúan directamente sobre un eje neutro,
causando una fuerza de torque, adicional a la fuerza lateral. Una celda puede ser
afectada por fuerzas de torque (T) de muchas maneras. En la figura 2.4 (e) se ilustra una
condición en que la línea de acción de la fuerza lateral, es apartada del eje neutro por
una distancia h resultante del torque sobre Rh.
La figura 2.4 (f) ilustra una condición en que el peso cuelga del eje de la celda por
medio de un perno. Cualquier fuerza lateral aplicada a este sistema tendrá un efecto de
torque mucho mayor, aumentado por la distancia h1 en relación al eje de fuerzas.
Finalmente vemos una fuerza de torque de magnitud Fy como causa de la fuerza
aplicada fuera del eje de carga de la celda, figura 2.4 (g).
Teniendo en cuenta que estas fuerzas son generalmente variables, no es posible
predeterminar la forma en que pueden degradar la precisión del sistema de pesaje.
(Servicios de Pesaje SDP, 2007)
Figura 2-4 Diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre la celda de carga.
(a) (b)
35
(c) (d)
(e) (f)
(g)
Fuente: (Servicios de Pesaje SDP, 2007)
- Aspectos importantes al elegir y usar celdas de carga
La instalación de celdas de carga en camas hospitalarias requiere cuidadosa atención
para que el sistema sea seguro y preciso. El desempeño de una celda de carga depende
primordialmente en su capacidad para flejar repetidamente bajo condiciones cuando el
peso es aplicado o removido
Para satisfacer los requerimientos, las celdas de carga son usadas principalmente en
conjunción con sistemas de montaje especiales, preferentemente deberán ser montados
36
rígidamente entre la aplicación y la base. Los soportes de las celdas de carga deben ser
diseñados para evitar los siguientes efectos en la celda de carga:
- Fuerza laterales.
- Momentos de flexión.
- Momentos de torsión.
- Vibraciones para la celda de carga.
Estos efectos no solo comprometen el desempeño de la celda de carga, si no también
pueden conducirla a un daño permanente.
Preferentemente la celda de carga debe ser montada sobre una base rígida que no flejará
mientras el sistema está cargado. La celda de carga además deberá ser soportada por una
placa endurecida con un grosor de 4mm y una dureza de entre 50 a 53 Rc..
- Determinación de la capacidad correcta de la celda de carga.
Los factores que contribuyen a la carga en una celda de carga son:
a. Pre-carga. (el peso de toda la construcción colocada sobre las celdas)
b. Capacidad máxima de media.
c. Influencias dinámicas. (reanimación, transporte, etc.)
d. Carga descentrada para la medición.
e. La posibilidad de una sobrecarga de peso.
Para escoger la mejor capacidad de la celda de carga, se debe calcular la carga máxima
posible dividida entre el número de celdas de carga. Escoger la capacidad mayor más
próxima dentro del rango de capacidades disponibles. Para la capacidad escogida revisar
si el intervalo mínimo (Vmin) satisface los requerimientos de exactitud. Si no satisface
37
los requerimientos una menor capacidad puede ser escogida pero la posibilidad de
sobrecarga de cada celda de carga debe ser evitada.
Las sobrecargas estáticas y dinámicas pueden resultar en un cambio del balance cero,
así también se deben tomar en cuenta otros factores como:
a. Evitar fuerzas derivadas entre la base y la cama tanto como sea posible.
b. Mantener espacio libre alrededor de la cama y suficiente espacio entre la
base y la cama.
c. Evitar fuerzas de impacto tanto como sea posible.
d. Localizar las celdas de carga lo más cerca posible al perímetro exterior, tanto
que el centro de gravedad este siempre dentro de las celdas de carga.
e. Localizar las celdas de carga preferentemente allí donde la fuerza de
introducción sea constante.
f. Localizar las celdas de carga allí donde las fuerzas laterales no ocurran
durante la medición.
g. Fijar la celda de carga con el torque correcto.
h. Montar las celdas de carga horizontalmente y al mismo nivel.
i. Cuidar que la cama este colocada en posición horizontal durante la medición.
(Zemic Europe, 2010)
2.4 Actuadores
Los actuadores son dispositivos inherentemente mecánicos que proporcionan fuerza
para mover otro dispositivo mecánico. Los actuadores sea hidráulicos, neumáticos o
eléctricos son usados para manejar diferentes dispositivos mecatrónicos.
38
2.4.1 Actuadores Lineales
Una necesidad común en el sistema mecánico es la de mover componentes en línea
recta, existen gran cantidad de dispositivos y sistemas que facilitan el movimiento lineal
La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática,
presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo
del origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”.
Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando se necesita de mayor
potencia, aunque hay riesgos asociados con fugas de aceite, además de ser más costosos
que los demás sistemas de actuación, mientras que los actuadores neumáticos son más
utilizados para controlar elementos de actuación final, incluso cuando el sistema de
control es eléctrico. Esto se debe a que con dichas señales es posible accionar válvulas
de grandes dimensiones y otros dispositivos de control que requieren mucha potencia
para mover cargas considerables. La principal desventaja de los sistemas neumáticos es
la compresibilidad del aire.
Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en dispositivos mecatrónicos,
como actuadores de posicionamiento preciso, además presentan diseños más compactos
que el resto de actuadores, son de fácil instalación y brindan mayor tiempo de trabajo
sin mayor mantenimiento, ya que generalmente son unidades cerradas desde fabrica.
Actuadores hidráulicos
En los sistemas hidráulicos la presurización del aceite se logra mediante una bomba
accionada por un motor eléctrico. La bomba envía aceite desde un pozo colector a
través de una válvula de retención y un acumulador; esto se observa en la figura 2.5. La
válvula de alivio libera presión cuando ésta rebasa determinado nivel de seguridad; la
válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las
fluctuaciones de corta duración en la presión de salida del aceite.
Actuadores eumáticos
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se
les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores
hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una
pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que
estos tienen poca viscosidad.
En una fuente de energía neumática (figura 2.5), sea acciona un compresor de aire con
un motor eléctrico. El aire que entra al compresor se
reducir el nivel de ruido. La válvula de alivio de presión protege contra un aumento de
la presión de sistema que exceda el nivel de seguridad. Dado que el compresor aumenta
la temperatura del aire, es posible que sea
eliminar la contaminación y agua del aire se utiliza un filtro y un separador de agua. En
39
válvula de alivio libera presión cuando ésta rebasa determinado nivel de seguridad; la
válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las
fluctuaciones de corta duración en la presión de salida del aceite. (Bolton, 2005)
Figura 2-5 Fuente de alimentación hidráulica
Actuadores eumáticos
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se
les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores
hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una
eña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que
estos tienen poca viscosidad.
En una fuente de energía neumática (figura 2.5), sea acciona un compresor de aire con
un motor eléctrico. El aire que entra al compresor se filtra y pasa por un silenciador para
reducir el nivel de ruido. La válvula de alivio de presión protege contra un aumento de
la presión de sistema que exceda el nivel de seguridad. Dado que el compresor aumenta
la temperatura del aire, es posible que sea necesario un sistema de enfriamiento; para
eliminar la contaminación y agua del aire se utiliza un filtro y un separador de agua. En
válvula de alivio libera presión cuando ésta rebasa determinado nivel de seguridad; la
válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las
(Bolton, 2005)
Fuente de alimentación hidráulica
Fuente: (Bolton, 2005)
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se
les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores
hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una
eña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que
En una fuente de energía neumática (figura 2.5), sea acciona un compresor de aire con
filtra y pasa por un silenciador para
reducir el nivel de ruido. La válvula de alivio de presión protege contra un aumento de
la presión de sistema que exceda el nivel de seguridad. Dado que el compresor aumenta
necesario un sistema de enfriamiento; para
eliminar la contaminación y agua del aire se utiliza un filtro y un separador de agua. En
el receptor de aire se aumenta el volumen del aire del sistema y se equilibran las
fluctuaciones de presión de breve duraci
2.4.2 Actuadores Lineales
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los
actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía eléctrica como
fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las
señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la
distancia entra la fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En la ma
reductores, debido a que los motores son de operación continua. Entre los mecanismos
utilizados para generar movimiento lineal a través de actuación eléctrica tenemos:
- Tornillos de potencia
Los tornillos de potencia y de bolas sirven para convertir movimiento rotatorio en
movimiento lineal y para ejercer la fuerza necesaria para mover un elemento de
40
el receptor de aire se aumenta el volumen del aire del sistema y se equilibran las
fluctuaciones de presión de breve duración. (Bolton, 2005)
Figura 2-6 Fuente de alimentación neumática
Lineales Eléctricos
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los
actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía eléctrica como
fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las
ales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la
distancia entra la fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar
reductores, debido a que los motores son de operación continua. Entre los mecanismos
utilizados para generar movimiento lineal a través de actuación eléctrica tenemos:
Tornillos de potencia
Los tornillos de potencia y de bolas sirven para convertir movimiento rotatorio en
movimiento lineal y para ejercer la fuerza necesaria para mover un elemento de
el receptor de aire se aumenta el volumen del aire del sistema y se equilibran las
Fuente de alimentación neumática
Fuente: (Bolton, 2005)
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los
actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía eléctrica como
fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las
ales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
yoría de los casos es necesario utilizar
reductores, debido a que los motores son de operación continua. Entre los mecanismos
utilizados para generar movimiento lineal a través de actuación eléctrica tenemos:
Los tornillos de potencia y de bolas sirven para convertir movimiento rotatorio en
movimiento lineal y para ejercer la fuerza necesaria para mover un elemento de
41
maquina a lo largo de una trayectoria deseada. Los tornillos de potencia trabajan con el
principio clásico del tornillo con rosca y su tuerca correspondiente. Si el tornillo se
soporta con cojinetes y gira, mientras que la tuerca se mantiene sin girar, la tuerca se
trasladará a lo largo del tornillo. Si la tuerca es parte integral de una maquina, la rosca
impulsará a lo que este acoplada en la misma a lo largo de un eje lineal. Por el contrario,
si la tuerca se soporta mientras gira, se puede hacer que el tornillo se traslade.
La potencia se entrega el eje de entrada por un motor eléctrico. El gusano maquinado
integral en el eje de entrada, impulsa la corona y produce una reducción en la velocidad
de giro. El interior de la corona tiene roscas maquinadas que se acoplan a las roscas
externas del tornillo de potencia, y lo impulsan en sentido vertical. (Mott, 2006)
- Piñón cremallera
La función de este accionamiento es producir un movimiento lineal de la cremallera, a
partir del movimiento giratorio del piñón motriz. Este tipo de accionamiento no es
recomendable para generar gran fuerza. (Mott, 2006)
- Solenoides lineales
Son aparatos que hacen que un núcleo cilíndrico salga o entre cuando se aplica corriente
a una bobina eléctrica, lo cual produce un movimiento rápido a distancias pequeñas y
que no necesitan mayor fuerza. (Mott, 2006)
- Tornillo de bolas
Un tornillo de bolas tiene funciones parecidas a un tornillo de potencia pero la
configuración es distinta, la tuerca contiene muchas bolas pequeñas y esféricas que
tienen contacto de herradura con las roscas del tornillo, lo cual proporciona poca
42
fricción y grandes eficiencias, en comparación con los tornillos de potencia. A medida
que el tornillo y la tuerca giran entre si, las bolas de rodamiento son desviadas en un
extremo y regresada por los tubos de guía para retorno de bolas, al extremo opuesto de
la tuerca de bolas. Esta circulación permite que el recorrido de la tuerca no tenga
restricción en relación el eje. (Mott, 2006)
Principio de operación
El principio básico de operación (figura 2.7) de la gran mayoría de actuadores lineales
existentes en el mercado, es que un motor DC de bajo voltaje (7), por medio de un
sistema de engranajes (8), gira un tornillo sin fin en una tuerca estática. Como la tuerca
no puede rotar, la barra del pistón es frenado y esta se mueve hacia delante y hacia atrás
cuando el tornillo gira.
Figura 2-7 Esquema de construcción de Actuador Lineal marca LINAK
Fuente: (LINAK, 2010)
1. Ojo del pistón.
2. Pistón.
3. Localización de las roscas.
4. Ubicación del freno.
5. Sistema de engranes.
6. Montaje trasero.
43
7. Motor.
8. Transmisión entre el juego de engranes y el sinfín.
9. Cable para conexión.
El tipo de motor, los engranajes y el paso del pistón, determinan la velocidad y el
empuje del actuador.
Figura 2-8 Actuador Linak construcción interna
Fuente: (LINAK, 2010)
2.5 Elementos de Maquinas
Para la llevar a cabo este proyecto es necesario conocer los diferentes elementos de
maquinas que se podrán utilizar, los cuales se detallan a continuación
2.5.1 Ejes
Un eje es un componente de dispositivos mecánicos que trasmite movimientos
rotatorios y potencia, es parte de cualquier sistema mecánico donde la potencia se
tramite desde un primotor a otras partes del sistema.
Para el caso puntual del diseño del eje que se piensa usar en esta aplicación se debe
tener en cuenta algunos conceptos y teoría importante a la hora de proceder con el
mismo.
44
- Factor de Diseño
El factor de diseño N es una medida de la seguridad relativa de un componente bajo la
acción de una carga. En la mayoría de los casos, la resistencia del material con que se
fabricará el componente se divide entre el factor de diseño para determinar un esfuerzo
de diseño, σd llamado esfuerzo admisible o esfuerzo permisible. Entonces el esfuerzo
real que se desarrolla en el componente debe ser menor que el esfuerzo de diseño.
Para escoger un factor de diseño adecuado se debe analizar asuntos como la naturaleza
de la aplicación, el ambiente, la naturaleza de las cargas sobre el componente que se va
a diseñar, el análisis de esfuerzos y el grado de confianza en los datos que se emplean en
el proceso de diseño. En el libro de Robert Mott se sugiere los siguientes lineamientos
para materiales dúctiles, los valores recomendados son:
1. = 1.25 a 2 El diseño de estructuras bajo cargas estáticas, para las cuales hay
un alto grado de confianza en todos los datos del diseño.
2. = 2.0 a 2.5 Diseño de elementos de maquina bajo cargas dinámicas con una
confianza promedio en todos los datos de diseño.
3. = 2.5 a 4.0 Diseño de estructuras estáticas o elementos de maquina bajo
cargas dinámicas con incertidumbre acerca de las cargas, propiedades de los
materiales, análisis de esfuerzos o el ambiente.
4. = 4 o más Diseño de estructuras estáticas o elementos de maquinas bajo
cargas dinámicas, con incertidumbre en cuanto a alguna combinación de cargas,
propiedades del material, análisis de esfuerzos o el ambiente. El deseo de dar
una seguridad adicional a componentes críticos puede justificar también el
empleo de estos valores.
45
- Método del Esfuerzo Cortante Máximo
Se emplea para esfuerzos cortantes y esfuerzos combinados. Se determina el esfuerzo
cortante máximo con el círculo de Mohr, entonces la ecuación de diseño es: (Mott,
2006)
< = = . / Ecuación (2-1) Esfuerzo Cortante
- Tensión Uniaxial Combinada con Cortante Torsional
Este caso especial es importante porque se describe el estado de esfuerzos en un eje
giratorio que soporta cargas de flexión y al mismo tiempo trasmite par de torsión. Un
concepto útil y cómodo se conoce como par torsional equivalente y es utilizado para el
caso especial de un cuerpo sometido solo a flexión y torsión. Para calcular este tipo de
esfuerzo se utiliza la siguiente fórmula: (Mott, 2006)
= √ + Ecuación (2-2) Esfuerzo cortante en
tensión uniaxial con cortante torsional
Donde el numerador de la ecuación anterior se define como par torsional equivalente
, entonces la ecuación se puede expresar como: (Mott, 2006)
= Ecuación (2-3) Esfuerzo cortante con
par torsional equivalente
Procedimiento para Diseñar Ejes
A causa del desarrollo simultaneo de los esfuerzos cortantes torsionales y los esfuerzos
flexionantes el análisis de esfuerzos en un eje implica casi siempre emplear un método
de esfuerzos combinados el método recomendado para diseñar y analizar ejes es el de la
teoría de falla por energía de distorsión. También pueden desarrollarse esfuerzos
46
cortantes verticales y esfuerzos normales directos, por cargas axiales, estos esfuerzos
pueden dominar en ejes muy cortos, u en porciones del eje donde no existen flexión ni
torsión.
2.5.2 Columnas
Una columna es un miembro estructural que soporta una carga axial de compresión, y
que tiende a fallar por inestabilidad elástica o pandeo, más que por aplastamiento del
material. La inestabilidad elástica es la condición de falla donde la forma de una
columna no tiene la rigidez necesaria para mantenerla erguida bajo la carga. Entonces,
si no se reduce la carga, la columna se colapsará. (Mott, 2006)
- Propiedades de la Sección Transversal de una Columna
La tendencia de una columna a pandearse depende de la forma y las dimensiones de su
sección transversal así como también de su longitud y la forma de fijarla a miembros o
apoyos adyacentes. Las propiedades importantes de la sección transversal son:
1. El área de la sección transversal A.
2. El momento de inercia I de la sección transversal, con respecto al eje para que el
I sea mínimo.
3. El valor de radio de giro de la sección transversal, r. el cual puede ser calculado
con la siguiente fórmula: (Mott, 2006)
= !
Ecuación (2-4) Radio de giro
- Fijación de un Extremo y Longitud Efectiva
El termino fijación de un extremo se refiere a la forma en que se soportan los extremos
de una columna. La variable más importante es la cantidad de restricción a la tendencia
de rotación que existe en los extremos de la columna
de extremos:
- Extremo articulado.
modo que no se puede mover de un lado a otro pero no ofrece resistencia a la
rotación del extremo. Una unión con pasador cilíndri
con respecto a un eje, pero restring
- Extremo empotrado.
- Extremo libre.
restricción y no esta guiado es el peor de los casos de columna.
Longitud efectiva de la columna.
"Donde: L=longitud real de la columna entre los soportes.
K= Constante que depende del extremo fijo. (Grafico valores de k)
Figura
Valores teóricos
Articulada articulada
K=1.0Valores
prácticos K=1.0
47
de rotación que existe en los extremos de la columna. Existen tres formas de restricción
Extremo articulado.- Un extremo articulado de una columna esta guiado de tal
modo que no se puede mover de un lado a otro pero no ofrece resistencia a la
rotación del extremo. Una unión con pasador cilíndrico ofrece poca resistencia
con respecto a un eje, pero restringe para el eje perpendicular al eje del pasador.
Extremo empotrado.- Es aquel que se sujeta contra la rotación en el soporte.
Extremo libre.- Es aquel en el que el extremo superior de la columna
restricción y no esta guiado es el peor de los casos de columna.
Longitud efectiva de la columna.- Esta se define de la siguiente manera:
= #" Ecuación (2
L=longitud real de la columna entre los soportes.
K= Constante que depende del extremo fijo. (Grafico valores de k)
Figura 2-9 Valores de K para obtener longitud efectiva
Articulada – articulada
K=1.0
Empotrada – empotrada
K=0.5
Empotrada- libreK=2.0
K=1.0 K=0.65 K=2.10
. Existen tres formas de restricción
Un extremo articulado de una columna esta guiado de tal
modo que no se puede mover de un lado a otro pero no ofrece resistencia a la
co ofrece poca resistencia
para el eje perpendicular al eje del pasador.
Es aquel que se sujeta contra la rotación en el soporte.
Es aquel en el que el extremo superior de la columna no tiene
restricción y no esta guiado es el peor de los casos de columna.
Esta se define de la siguiente manera: (Mott, 2006)
2-5) Longitud efectiva
K= Constante que depende del extremo fijo. (Grafico valores de k)
Valores de K para obtener longitud efectiva
libre Empotrada -
articulada K=0.7
K=0.8
Fuente: (Mott, 2006)
48
- Relación de Esbeltez
La relación de esbeltez es el cociente de la longitud efectiva de la columna entre su
radio de giro mínimo. (Mott, 2006)
Relación de esbeltez=$%/&' = ($/&' Ecuación (2-6) Relación de esbeltez
- Relación de Esbeltez de Transición
La relación de esbeltez de transición o constante de columna, Cc, se define como:
(Mott, 2006)
)* = +,- Ecuación (2-7) Constante de columna
Donde: E= Modulo de elasticidad del material de la columna.
Sy= Resistencia de fluencia del material.
- Selección del método de análisis
La elección del método de análisis de columnas rectas y con carga central apropiado,
depende del valor de la relación de esbeltez real de la columna que se analiza,
comparado con la relación de esbeltez de transición de la misma.
Entonces tenemos que:
Si #"/./0 > 23 se debe diseñar la columna como una columna larga caso contrario
Si #"/./0 < 23 se procederá a diseñar la columna con el análisis de columna corta.
- Análisis de Columnas Largas
En el análisis de una columna larga se emplea la formula de Euler: (Mott, 2006)
4* = +,!(($/) Ecuación (2-8) Fórmula de Euler
49
Con la ecuación se calcula la carga crítica Pcr, donde la columna comenzaría a
pandearse. Si reemplazamos la ecuación (2.4) entonces obtenemos la formula de Euler
alternativa siguiente: (Mott, 2006)
4* = +, (($) Ecuación (2-9) Fórmula alternativa
de Euler
Esta fórmula nos permite especificar el tamaño y la forma de una sección transversal de
columna para soportar cierta carga, además es más fácil con esta ecuación determinar el
momento de inercia.
- Factor de Diseño y Carga Admisible
Como se espera una falla con una carga límite y no con un esfuerzo, el concepto de un
factor de diseño se aplica en forma distinta que en la mayor parte de los demás
miembros sometidos a cargas. En vez de aplicar el factor de diseño a la resistencia de
influencia o a la resistencia última del material, se aplicará a la carga crítica. Para
aplicaciones típicas en el diseño de maquinas, se emplea un factor de diseño 3. Para
columnas estacionarias con cargas y extremos empotrados bien conocidos se podrá
emplear un factor de 2 o hasta de 1.92. Para columnas muy largas, donde existe
incertidumbre acerca de las cargas y de los extremos empotrados o cuando se presenten
peligros especiales se aconseja emplear factores mayores. (Mott, 2006)
Las siguientes definiciones se deben comprender:
Pcr= Carga critica de pandeo
Pa= Carga admisible
P= Carga real aplicada
N= Factor de diseño
Así tenemos que:
50
Pa = Pcr / N Ecuación (2-10) Carga admisible
La carga real aplicada P debe ser menor que Pa.
- Análisis de Columnas Cortas
Cuando la relación de esbeltez real en una columna, KL / R, es menor que el valor de
transición Cc, la columna es corta y se debe emplear la formula de J.B. Johnson. si se
aplica la ecuación de Euler se calcularía una carga critica mayor a la que en realidad es.
La formula J.B. Johnson se escribe como sigue: (Mott, 2006)
4* = ! 78 − (($/):+, ; Ecuación (2-11) Fórmula de J. B.
Johnson
- Diseño de Columnas
En una situación de diseño, las dimensiones desconocidas de la sección transversal
hacen imposible el cálculo de radio de giro, y en consecuencia la relación de esbeltez.
Sin la relación de esbeltez, no se puede determinar si la columna es larga o corta. Por
consiguiente, no se conoce la fórmula adecuada para aplicarla.
Esta dificultad se supera si se supone que la columna sea larga o corta, y se procede con
la formula correspondiente. Entonces, después de haber determinado las dimensiones de
la sección transversal, se calculará el valor real de KL/r y se comparará con Cc. Así se
comprobará si se ha empleado la formula correcta. En caso afirmativo, el resultado
calculado es correcto. Si no, se debe aplicar la formula alterna y repetir el cálculo para
determinar dimensiones nuevas. En resumen el objetivo del análisis y diseño de las
columnas es garantizar que la carga aplicada a una columna sea segura y que sea
bastante menor que la carga critica de pandeo. (Mott, 2006)
51
2.5.3 Cojinetes con Contactos de Rodadura (Rodamientos)
El propósito de un cojinete es soportar una carga y al mismo tiempo permitir un
movimiento relativo entre dos elementos de una maquina. El termino cojinetes con
contacto de rodadura se refiere a una gran variedad de cojinetes llamados rodamientos,
los cuales usan bolas esféricas o algún tipo de rodillos entre los elementos estacionario y
móvil. El tipo más común de cojinete soporta un eje rotatorio y resiste cargas puramente
radiales, o una combinación de cargas radiales y axiales. (Mott, 2006)
Los componentes de un cojinete con contacto de rodadura típico son la pista interior, la
pista exterior y los elementos rodantes. Estas partes del rodamiento se pueden apreciar
en la siguiente figura.
Figura 2-10 Componentes principales de un contacto de rodadura (NSK Corporation, Ann Arbor,MI)
Fuente: (Mott, 2006)
En general, la pista exterior es estacionaria, y está sujeta a la caja de la maquina. La
pista interior se introduce a presión en el eje giratorio y, en consecuencia, gira con él.
Entonces, las bolas ruedan entre las pistas interior y exterior. La trayectoria de la carga
es: del eje, a la pista interior, a las bolas, a la pista exterior, por último, a la caja. La
52
presencia de las bolas permite una rotación muy uniforme, con poca fricción par parte
del eje. El coeficiente de fricción típico para un rodamiento es de 0.001 a 0.005,
aproximadamente. (Mott, 2006)
Cargas Actuantes en un rodamiento
Las Cargas Radiales Actúan hacia el centro del cojinete a lo largo del radio, este tipo de
cargas son comunes a las que causan los elementos de trasmisión de potencia. Las
Cargas de empuje son aquellas que actúan paralelas a la línea central del eje como son
las componentes axiales de las fuerzas sobre engranes helicoidales sinfines y coronas y
engranes cónicos. El desaliniamiento se refiere a la desviación angular de la línea
central del eje en el rodamiento, respecto al eje real del mismo. (Mott, 2006)
2.6 Adquisición y Acondicionamiento de Señales
La señal de salida del sensor de un sistema de medición en general se debe procesar de
una forma adecuada para la siguiente etapa de la operación. La señal puede ser, por
ejemplo, demasiado pequeña, y sería necesario amplificarla; podría contener
interferencia que eliminar; ser no lineal y requerir su linealización; ser analógica y
requerir su digitalización, ser digital y convertirla en analógica; ser un cambio en el
valor de la resistencia, y convertirla a un cambio en corriente; consistir en un cambio de
voltaje y convertirla en un cambio de corriente de magnitud adecuada, etc. A todas estas
modificaciones se les designa en general con el término acondicionamiento de señal.
2.6.1 Circuitos puente
Los circuitos puente de varios tipos son muy utilizados para la medición de resistencia,
capacitancia e inductancia. Puesto que se ha visto que muchos transductores convierten
53
alguna variable física en cambio de resistencia, una capacitancia o una inductancia, los
circuitos puente son de interés considerable.
El puente de wheatstone
El circuito de puente de wheatstone consiste de cuatro elementos resistivos con
excitación de voltaje aplicado en las puntas del puente. Las galgas extensiométricas
pueden ocupar uno, dos o cuatro brazos del puente, completando con resistencias fijas
los brazos que sobran.
Figura 2-11 Arreglos de puente de celdas de carga
Fuente: (Coughlin, 1999)
54
Dependiendo de la cantidad de sensores de deformación activos en el arreglo de la celda
de carga se determina la sensibilidad frente a los pequeños cambios en la resistencia del
transductor ∆R, duplicándose la sensibilidad al duplicarse la cantidad de sensores.
El puente más simple mostrado en la figura 2.11 (a) consiste de un único elemento
variable, cuya resistencia es R + ∆R, un sensor de temperatura y 2 ramas cuyas
resistencias son R. Obteniéndose de esta manera una salida <= − <> = < ∆@A@B>∆@ ≅ < ∆@A@.
Si ∆R«R, la sensibilidad es 1/4.
La configuración de dos sensores de deformación, colocados en ramas opuestas y de 2
sensores de temperatura colocados cada uno en las ramas que faltan para completar el
puente, se observan en la figura 2.11 (b). La salida será <= − <> = < ∆@>@B>∆@ ≅ < ∆@>@. Si
∆R«2R, la sensibilidad es casi 1/2.
Cuando se colocan sensores de deformación en todas las ramas, con un par
respondiendo en dirección opuesta a la del otro, figura 2.11(c). La salida de este arreglo
será <= − <> = ∆@@ . Obteniendo una sensibilidad de 1. Así la señal de salida relativa a la
tensión de excitación es igual al cambio relativo de voltaje. (Coughlin, 1999).
Las celdas de carga comerciales que se pueden encontrar en el mercado generalmente
contienen galgas extensiometricas colocadas como en el arreglo (c) de la figura 2-11, las
mismas que se utilizaran para el prototipo.
2.6.2 Acondicionamiento de señal
En el acondicionamiento de la señal de las celdas de carga se encuentran presentes las
siguientes etapas:
- Excitación
55
- Filtrado.
- Amplificación.
- Multiplexión.
Excitación
En ciertos casos para acondicionar una señal hay que generar algún tipo de excitación
existen algunos transductores, como galgas extensiométricas, termistores o RTD, que
necesitan de la misma, bien por su constitución interna, o por la configuración con que
se conectan.
En el caso que nos compete como es el de las celdas de carga el voltaje de excitación
fluctúa entre 5 a 15 voltios sea este corriente continua o alterna.
El voltaje recomendado por el fabricante está entre 5 y 12 voltios teniendo un voltaje
máximo de 18 voltios. Mientras mayor sea el voltaje de excitación mayor será el rango
de salida a plena carga ya que depende de la relación mV/V de la celda.
Amplificación
Es el tipo más común de acondicionamiento. Para conseguir la mayor precisión posible
la señal de entrada debe ser amplificada de modo que su máximo nivel coincida con la
máxima tensión que el convertidor pueda leer.
- Amplificadores de instrumentación.
El amplificador de más utilidad en la medición, instrumentación y control es el
amplificador de instrumentación. Se construye por medio de varios amplificadores
operacionales y resistencias de precisión; gracias a ello, el circuito resulta muy estable y
útil en donde es importante la precisión. (Coughlin, 1999)
Existen equipos en la industria, en equipos de electromedicina, y en equipos en otras
muchas aplicaciones, la necesidad de medir señales muy pequeñas del orden de los
microvoltios o pocos milivoltios en la presencia de comparativamente grandes señales
de ruido provenientes de distintas fuentes. Para realizar las mediciones estos deberán
utilizar en su entrada Amplificadores de Instrumentación con una adecuada Relación
Rechazo de Modo Común (CMRR).
El amplificador de instrumentación está formado por tres amplificadores operacionales
y siete resistencias, c
amplificador operacional de hecho se arma conectando un amp
amplificador diferencial básico. Entre sus características tenemos:
1. La ganancia de voltaje, desde la entrada diferencial (E
se define por medio de una sola resistencia.
2. La resistencia de entrada de las
varié la ganancia
3. V0 no depende del voltaje común de E
diferencia. (Coughlin, 1999)
56
Existen equipos en la industria, en equipos de electromedicina, y en equipos en otras
muchas aplicaciones, la necesidad de medir señales muy pequeñas del orden de los
microvoltios o pocos milivoltios en la presencia de comparativamente grandes señales
de ruido provenientes de distintas fuentes. Para realizar las mediciones estos deberán
utilizar en su entrada Amplificadores de Instrumentación con una adecuada Relación
echazo de Modo Común (CMRR).
El amplificador de instrumentación está formado por tres amplificadores operacionales
y siete resistencias, como se aprecia en la figura 2.12, se puede observar que el
amplificador operacional de hecho se arma conectando un amplificador acoplado con un
amplificador diferencial básico. Entre sus características tenemos:
La ganancia de voltaje, desde la entrada diferencial (E1 –
se define por medio de una sola resistencia.
La resistencia de entrada de las dos entradas es muy alta u no cambia aunque
varié la ganancia.
no depende del voltaje común de E1 yE2 (voltaje de modo común), solo de su
(Coughlin, 1999)
Figura 2-12 Amplificador diferencial
Existen equipos en la industria, en equipos de electromedicina, y en equipos en otras
muchas aplicaciones, la necesidad de medir señales muy pequeñas del orden de los
microvoltios o pocos milivoltios en la presencia de comparativamente grandes señales
de ruido provenientes de distintas fuentes. Para realizar las mediciones estos deberán
utilizar en su entrada Amplificadores de Instrumentación con una adecuada Relación
El amplificador de instrumentación está formado por tres amplificadores operacionales
, se puede observar que el
lificador acoplado con un
E2) a la salida simple,
dos entradas es muy alta u no cambia aunque
(voltaje de modo común), solo de su
Amplificador diferencial
Fuente: (Coughlin, 1999)
57
Rechazo de Modo Común.- Los Amplificadores de Instrumentación amplifican la
diferencia entre las dos señales de entrada. Estas señales diferenciales en la práctica
provienen de sensores como son termocuplas, fotosensores, puentes de medición
resistivos, etc. Mientras el puente resistivo se encuentre en estado de equilibrio sin
señal, en la mitad de las ramas del puente existe una señal de voltaje respecto a masa,
que es común a ambas entradas por lo cual es llamada Voltaje de Modo Común de la
señal diferencial. Se pueden ver que estas señales no contienen información útil en lo
que se quiere medir y como el amplificador amplificará la diferencia de ambas, al ser
iguales, se restan y a la salida el resultado será cero por lo tanto de forma ideal no están
contribuyendo a la información de salida. Además se inducirán señales de corriente
alterna en ambas entradas a la vez y que serán rechazadas como en el caso de la
continua. Pero al producirse un desbalance del equilibrio del puente por la variación de
una de sus resistencias se producirá una señal que será aplicada entre ambas entradas y
será amplificada. Para rechazar este tipo de señales que entran en modo común es
necesario el uso de amplificadores de instrumentación. En la práctica, las señales de
modo común nunca serán rechazadas completamente, de manera que una pequeña parte
de la señal indeseada contribuirá a la salida.
En el mercado existen gran variedad de amplificadores de instrumentación
encapsulados, en los cuales generalmente se utiliza una resistencia externa para definir
la ganancia del mismo. El esquema clásico de un amplificador de este tipo se muestra en
la figura 2.13 para una entrada con un Puente de Wheatstone que es el caso del que nos
ocupa para la celda de carga. (Coughlin, 1999)
58
Figura 2-13 Esquema básico de medición utilizando el amplificador AD620
Fuente: (Coughlin, 1999)
Filtrado
En cierto tipo de aplicaciones existe la presencia de ruido de alta frecuencia que puede
ser causado por la fuente de alimentación o interferencias de radio frecuencia. Una
pequeña parte de este ruido no es eliminado por el amplificador, más bien es rectificado
y amplificado, provocando un error en el voltaje DC a la salida; esto se debe a que aún
los mejores amplificadores de instrumentación no tienen rechazo al modo común a
frecuencias sobre los 20 Khz., haciendo así necesario el uso de un filtro.
Los filtros son circuitos que permiten el paso de una determinada banda de frecuencias
mientras atenúan las señales que no estén comprendidas dentro de esta banda. Existen
filtros activos y pasivos. Los filtros pasivos solo tienen resistencias, inductores y
capacitores. En los filtros activos, se utilizan transistores o amplificadores operacionales
además de resistencias, inductores y capacitores. (Coughlin, 1999)
Existen cuatro tipos de filtros: pasa bajas, pasa altas, pasa banda y de eliminación de
banda. En la figura 2.14 se pueden observar las graficas de la respuesta a la frecuencia
de estos filtros.
59
Figura 2-14 Respuesta a la frecuencia de cuatro tipos filtros.
Fuente: (Coughlin, 1999)
Los filtros pasa altas atenúan el voltaje de salida de todas las frecuencia que están por
debajo de la frecuencia de corte ƒc. Para frecuencias superiores a ƒc, el voltaje de salida
es constante. Mientras que los filtros pasabajas funcionan de forma contraria, es decir
atenúan o eliminan las frecuencias que están por encima de la frecuencia de corte. En la
figura 2.14 (a) y (b) se aprecian las gráficas de los filtros pasa bajas y pasa altas
respectivamente. La línea contínua corresponde a la curva ideal, mientras que las líneas
punteadas muestran la diferencia de los filtros reales de la situación ideal.
Los filtros pasa banda solo dejan pasar una banda de frecuencias mientras atenúan las
demás frecuencias que están fuera de la banda. Los filtros de eliminación de banda
funcionan justamente de la forma contraria; es decir, los filtros de eliminación de banda
rechazan determinada banda de frecuencias, en tanto que pasan todas las frecuencias
que no pertenecen a la banda. En la figura 2.14 (c) y (d) se muestran las graficas de
60
respuesta a la frecuencia características de filtros pasa banda y de eliminación de
bandas. (Coughlin, 1999)
El filtro más conveniente a utilizar dentro de este tipo de aplicaciones es un pasa bajo
tanto para el modo diferencial como para el modo común, que debe ser colocado antes
del amplificador para evitar la rectificación de la señal de ruido en la etapa de entrada,
de la siguiente manera.
Figura 2-15 Configuración del filtro del amplificador de instrumentación para atenuar
interferencia RF
Fuente: (Analog Devices, 2004)
Con el objetivo de aumentar la resolución del conversor Análogo / digital del
microcontrolador que procesará los datos, es necesario realizar una etapa de
multiplexión de la señal luego de haber sido amplificada y filtrada, esto se tratará con
mayor detalle más adelante en la parte de conversión A/D del microcontrolador.
2.7 Digitalización de la señal e Interfaz con el usuario
Luego de que la señal proveniente de las celdas de carga ha sido filtrada y amplificada,
es necesario convertirla y procesarla para que pueda ser entendida por el usuario, esto se
puede realizar por medio de varios medios como un PLC, microcontroladores, a través
61
de un computador, entre otras. Pero en este caso se utilizará un microcontrolador,
debido a que su capacidad de procesamiento es suficiente para esta aplicación, su gran
versatilidad en cuanto a programación, su fácil instalación y su bajo costo.
La interfaz con el usuario se lo puede realizar a través de un módulo LCD donde se
mostrarán los resultados del peso del paciente, mediante una conexión RS232 los datos
obtenidos serán enviados hacia un computador para ser almacenados y manipulados.
2.7.1 Microcontroladores
Un microcontrolador es un circuito integrado, en cuyo interior posee toda la arquitectura
de un computador, esto es CPU, memorias RAM, EEPROM, circuitos de entrada y
salida, en el mercado existen gran cantidad de microcontroladores disponibles, con
diferentes características, funciones, tamaños y precios, pero la gran mayoría comparten
algunas características comunes.
La gran parte de microcontroladores disponibles en el mercado están basados en
arquitectura Harvard, este tipo de arquitectura se caracteriza por la independencia entre
la memoria de código y la de datos. Así, tanto la capacidad como el tamaño de los buses
de cada memoria se adaptan estrictamente a las necesidades del diseño, facilitando el
trabajo en paralelo de las dos memorias, lo que permite obtener altas cotas de
rendimiento. De forma general poseen un reducido número de instrucciones que forman
su repertorio, que se ejecutan en un ciclo de instrucción, equivalente a cuatro períodos
de reloj, excepto las de salto que necesitan dos ciclos.
62
Figura 2-16 Arquitectura Harvard simplificada para los microcontroladores
Fuente: (Angulo Usategui, Romero Yesa, & Angulo Martínez, 2006)
- Organización de la memoria
En los microcontroladores por lo general existen tres bloques de memoria. La memoria
de programa y la memoria de datos.
La memoria de programa también es conocida como memoria de instrucciones, aquí se
escribe las órdenes para que el CPU las ejecute.
La memoria de datos tiene posiciones implementadas en RAM y otras en EEPROM. La
memoria RAM, o memoria de acceso casual, es una memoria volátil, en esta se alojan
los registros operativos fundamentales del funcionamiento del procesador y el manejo
de todos sus periféricos, además de registros que el programador puede usar para
información de trabajo propia de la aplicación.
El otro tipo de memoria es una memoria auxiliar no volátil llamada EEPROM, esta
memoria puede ser accedida por el usuario mediante programación, es muy útil para
almacenar datos que el usuario necesita que se conserven sin necesidad de que el
63
dispositivo se encuentre alimentado. (Angulo Usategui, Romero Yesa, & Angulo
Martínez, 2006)
Al haber analizado las principales características de los microcontroladores se escoge el
microcontrolador PIC 16F877A, por su velocidad de procesamiento además de poseer
una resolución relativamente alta en lo que a la conversión análoga – digital (A/D) se
refiere, y que es necesaria para este proyecto, el modulo A/D posee 2 comparadores
análogos, y posibilita habilitar un voltaje de referencia diferente al de alimentación del
PIC con lo que se logra aun más aumentar la resolución del conversor, además el
modulo USART es necesario ya que permitirá la comunicación serial del
microcontrolador con la computadora.
- Características Generales del PIC
Las principales características de este microcontrolador se muestran en la tabla:
Tabla 26 Características del microcontrolador PIC 16F877A
Características
Frecuencia de Operación DC – 20MHz Resets (y Delays) POR, BOR (PWRT, OST) Memoria Flash (bytes) 8K Memoria de datos (bytes) 368 Memoria EEPROM (bytes) 256 Interrupciones 15 Puertos I/O Puertos A, B, C, D, E Temporizadores 3 Módulos PWM/Captura/Comparación 2 Comunicaciones seriales MSSP, USART Modulo Análogo-Digital de 10 bit 8 canales de entrada Comparadores Análogos 2 Número de instrucciones 35 instrucciones
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Datasheet PIC16F877A
Conversión Análogo/Digital
El PIC16F877A ofrece 8 canales
sucesivas, localizados en los pines del puerto A y E. Este conversor permite la entrada
de voltaje referido al terminal de tierra o voltaje diferencial
el valor mínimo está da
menos 1 LSB. Aprovechando la característica del valor máximo de conversión, se puede
mejorar la resolución del ADC aumentando 1 bit al conversor a través de la utilización
de dos canales. Esto se
seguidores de tensión.
- Amplificador diferencial
El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltaj
figura 2.17 se muestra el circuito correspondiente.
La ecuación del voltaje de salida para el amplificador es la siguiente:
DE = FF8 (DLa ecuación (2.12) muestra que el voltaje de sali
proporcional a la diferencia del voltaje aplicado a las entradas del amplificador (+) (
Al multiplicador R2/R
64
Análogo/Digital
El PIC16F877A ofrece 8 canales para conversión A/D de 10 bits por aproximaciones
sucesivas, localizados en los pines del puerto A y E. Este conversor permite la entrada
de voltaje referido al terminal de tierra o voltaje diferencial, con el cual
el valor mínimo está dado por GND y el máximo por el voltaje diferencial
menos 1 LSB. Aprovechando la característica del valor máximo de conversión, se puede
mejorar la resolución del ADC aumentando 1 bit al conversor a través de la utilización
nales. Esto se logra al utilizar un arreglo de amplificadores diferenciales y
seguidores de tensión.
Amplificador diferencial
El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltaj
se muestra el circuito correspondiente.
Figura 2-17 Amplificador diferencial
La ecuación del voltaje de salida para el amplificador es la siguiente:
D − D8) Ecuación (2-12
amplificador diferencia
La ecuación (2.12) muestra que el voltaje de salida del amplificador diferencial
a la diferencia del voltaje aplicado a las entradas del amplificador (+) (
/R1 se le denomina ganancia diferencial.
de 10 bits por aproximaciones
sucesivas, localizados en los pines del puerto A y E. Este conversor permite la entrada
, con el cual en la conversión
GND y el máximo por el voltaje diferencial en RA3
menos 1 LSB. Aprovechando la característica del valor máximo de conversión, se puede
mejorar la resolución del ADC aumentando 1 bit al conversor a través de la utilización
un arreglo de amplificadores diferenciales y
El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada. En la
Fuente: (Bolton, 2005)
La ecuación del voltaje de salida para el amplificador es la siguiente:
) Voltaje de salida del amplificador diferencia
da del amplificador diferencial GH, es
a la diferencia del voltaje aplicado a las entradas del amplificador (+) (-).
65
- Seguidor de voltaje
También llamado amplificador de ganancia unitaria o amplificador de aislamiento, en la
figura 2.18 se observa el circuito correspondiente. Con este amplificador tenemos que el
voltaje de salida es igual al voltaje de entrada, así GH = </. Figura 2-18 Seguidor de voltaje
Fuente: (Coughlin, 1999)
La razón para utilizar un voltaje de referencia externo y no el del microcontrolador, es la
necesidad de que el voltaje restado del acondicionador y RA3 tengan el mismo valor,
para repartir la señal entre ambos canales sin perder valores en el proceso.
Como referencia de voltaje se puede utilizar el diodo referencia LM336-2.5V o su
equivalente NTE952. Este circuito integrado opera como un diodo zener de 2.5V de
bajo coeficiente de temperatura con 0.2Ω de impedancia dinámica. Para reducir al
mínimo el coeficiente de temperatura el fabricante recomienda agregar dos diodos en
serie con un potenciómetro de ajuste, tal como en el circuito de la figura 2.19.
Figura 2-19 Referencia 2.5V con coeficiente mínimo de temperatura.
Fuente: (Datasheet Catalog, 1995)
66
2.7.2 Manejo del módulo LCD
Los módulos LCD, son utilizados para mostrar mensajes cortos que indican información
al operario sobre el estado de la maquina, para dar instrucciones de manejo, mostrar
valores, facilitando así la comunicación entre las maquinas y los humanos, este puede
mostrar cualquier carácter ASCII, y su consumo de energía es muy bajo.
Figura 2-20 Pantalla LCD 2x16
Fotografiado por: Patricio Cevallos A.
Esto lo puede realizar gracias a que lleva integrado a sus circuitos una memoria ROM
conocida como “generador de caracteres” que crea los patrones de la matriz de puntos
para formar los caracteres en la pantalla. También tiene una RAM interna que almacena
los caracteres y los exhibe. Uno de los controladores más comunes para LCD es el
Hitachi HD44780, que se ha convertido en un estándar con funciones imitadas por la
mayoría de fabricantes. (Reyes, 2006)
La conexión del LCD se lo realiza a través de 16 pines, de los cuales 8 son para líneas
de datos, 3 para líneas de control, 2 para la alimentación del LCD, 2 para la
alimentación del backlight y 1 para el ajuste del contraste. Puede operar en modo de 8
bits o en modo de 4 bits para el envío de datos e instrucciones desde el microcontrolador
al modulo LCD.
67
2.7.3 Comunicación Serial.
La comunicación serial es una forma muy apreciada de transferir datos digitales entre
sistemas o circuitos integrados, dada la reducida cantidad de líneas que precisa. El
puerto serial envía y recibe bytes de información un bit a la vez. Aun cuando esto es
más lento que la comunicación en paralelo, este método es más sencillo de implementar
y puede alcanzar mayores distancias. (National Instruments, 2009)
Existen dos formas de realizar la comunicación serial: la síncrona y la asíncrona, la
diferencia entre estas dos formas de comunicación es que la comunicación sincrónica
además de la línea para la transmisión de datos, necesita otra línea que contenga los
pulsos de reloj, estos indican cuando un dato es válido. Por otra parte la comunicación
serial asíncrona no necesita pulsos de reloj, en su lugar utiliza mecanismos como
referencia a tierra o voltajes diferenciales, donde la duración de cada bit es determinada
por la velocidad transmisión de datos definida previamente entre ambos equipos.
Para este tipo de comunicación el PIC a utilizar tiene un dispositivo destinado a este
propósito el modulo USART el cual permitirá establecer comunicación serial del PIC
con algún otro dispositivo.
- Comunicación RS232
La norma RS232 ha sido ampliamente utilizada en los computadores, también conocido
como puerto serial, y es utilizada para la comunicación con otras computadores, así
como con algunos periféricos, aunque en la actualidad va siendo remplazada por
tecnologías USB, pero el uso de este protocolo se justifica en esta aplicación ya que no
se necesita de mayor velocidad de transmisión, además de su fácil implementación y de
necesitar menos component
serial.
Figura
La señal permanecerá en un nivel lógico alto mientras no se realiza transferencia de
datos. Al empezar con la transmisión de datos el transmisor coloca la
durante el tiempo de un bit (este dependerá de la velocidad a la cual se esté trabajando),
este se llama el bit de arranque, seguidamente se empieza a transmitir con el mismo
intervalo de tiempo los bits de datos, que pueden ser de 7 u
transmisión de datos
pueden ser 1 o 2, luego la señal vuelve a un esto lógico alto, y el transmisor estará listo
para enviar el siguiente dato.
Al no estar sincroniz
que empieza la transmisión, por lo que siempre debe estar en
estado, esperando el bit de arranque, una vez que se da este bit, empieza a recibir los
datos hasta el bit de parada,
Para que la lectura sea correcta, tanto el emisor como el receptor deberán estar
configurados a la misma velocidad y demás parámetros y estar a una distancia menor a
2 metros, ya que si la distancia es mayor existe el riesgo de que la señal se distorsione y
68
necesitar menos componentes. El siguiente gráfico representa la forma de
Figura 2-21 Estructura de un dato enviado forma serial
La señal permanecerá en un nivel lógico alto mientras no se realiza transferencia de
datos. Al empezar con la transmisión de datos el transmisor coloca la
durante el tiempo de un bit (este dependerá de la velocidad a la cual se esté trabajando),
este se llama el bit de arranque, seguidamente se empieza a transmitir con el mismo
intervalo de tiempo los bits de datos, que pueden ser de 7 u 8 bits. Para finalizar la
transmisión de datos se envía el bit de paridad y por último los bits de parada, que
pueden ser 1 o 2, luego la señal vuelve a un esto lógico alto, y el transmisor estará listo
para enviar el siguiente dato.
Al no estar sincronizado el receptor con el transmisor, este desconoce el momento en
que empieza la transmisión, por lo que siempre debe estar en
el bit de arranque, una vez que se da este bit, empieza a recibir los
parada, y el proceso se vuelve a repetir.
Para que la lectura sea correcta, tanto el emisor como el receptor deberán estar
configurados a la misma velocidad y demás parámetros y estar a una distancia menor a
la distancia es mayor existe el riesgo de que la señal se distorsione y
la forma de comunicación
Estructura de un dato enviado forma serial
Fuente: (Reyes, 2006)
La señal permanecerá en un nivel lógico alto mientras no se realiza transferencia de
datos. Al empezar con la transmisión de datos el transmisor coloca la señal en nivel bajo
durante el tiempo de un bit (este dependerá de la velocidad a la cual se esté trabajando),
este se llama el bit de arranque, seguidamente se empieza a transmitir con el mismo
8 bits. Para finalizar la
y por último los bits de parada, que
pueden ser 1 o 2, luego la señal vuelve a un esto lógico alto, y el transmisor estará listo
ado el receptor con el transmisor, este desconoce el momento en
espera del cambio de
el bit de arranque, una vez que se da este bit, empieza a recibir los
Para que la lectura sea correcta, tanto el emisor como el receptor deberán estar
configurados a la misma velocidad y demás parámetros y estar a una distancia menor a
la distancia es mayor existe el riesgo de que la señal se distorsione y
69
se pierda, para cubrir distancias mayores es necesario utilizar el protocolo de
comunicación RS232 el cual establece los siguientes niveles de voltaje:
- Un “1” lógico es un voltaje comprendido entre -5V y -15V en el transmisor y
entre -3V y -25V en el receptor.
- Un “0” lógico es un voltaje comprendido entre +5V y +15V en el trasmisor y
entre +3V y +25V en el receptor, es decir un lógica inversa.
Como el PIC trabaja con lógica TTL, es decir con voltajes de 0 a 5V para cero y uno
lógicos, y el computador usa +12V y -12V para cero y uno lógicos respectivamente,
esto hace imposible la recepción y el envió de datos directamente entre ambos, para lo
cual es indispensable transformar de niveles TTL a niveles RS232 y viceversa, además
debe realizarse la inversión del cero y el uno. Para solucionar este problema se debe
diseñar un circuito que realice esta transformación o a su vez utilizar un integrado que
haga lo mismo, para esta aplicación se prefiere utilizar el integrado MAX232 el cual es
el encargado de realizar esta transformación, y permitir la comunicación entre la
computadora y el microcontrolador. En la figura 2.22 se muestra la distribución de pines
de este integrado.
Figura 2-22 Distribución de pines del integrado MAX232
Fuente: (MAXIM, 2006)
70
CAPÍTULO III
3. METODOLOGÍA
3.1 Análisis de requerimientos
Los requerimientos del proyecto se detallan en el siguiente cuadro:
Tabla 27 Requerimientos del proyecto
Cama para cuidados intensivos
Requerimientos
Descripción:
1.- Cama con sistema eléctrico-mecánico para su operación. 4 motores lineales con carreras del pistón escogidos de acuerdo a la geometría existente de la cama, que permitirán que esta realice los diferentes movimientos.
2.- Voltaje de entrada 120 V AC a 60 Hz.
3.- Voltajes de salida CC para funcionamiento: 24V, +12V, -12V, +5V
4.- Sistema de respaldo con batería recargable para todos los movimientos en caso de falta del suministro eléctrico.
5.-Control de mano para los movimientos de las distintas posiciones de la cama.
6.- Posiciones:
6.1.- Posición Fowler o espalda de 60º o mayor.
6.2.- Trendelenburg de 12º o mayor. 6.3.- Trendelenburg inverso de 12º o mayor.
6.4.- Posición de silla cardíaca. 6.5.- Altura ajustable que cubra el rango 45 cm a 65 cm (medido de la plataforma de la cama al piso).
7.- Sistema de frenado y direccionamiento, individual. 8.- Dimensiones: Las dimensiones del lecho de la cama no serán modificadas del modelo manual el cual posee las siguientes: Ancho: 90 cm Largo. 190cm
9.- Cubierta radio transparente a lo largo de todo el lecho de la cama que permita la toma de rayos X al paciente, mediante un equipo
Pag 1
71
Cama para cuidados intensivos
Requerimientos
portátil.
10.- Piecero y cabecera de material resistente al alto impacto, que sean fácilmente desmontables. 11.- Capacidad máxima de carga 400 kg incluyendo toda estructura.
12.- Superficie de la cama rígida.
13.- Lecho de la cama divido en 4 planos móviles.
14.- Báscula integrada
14.1- Báscula digital que soporte al menos 300 Kg de peso o mayor (solo peso de paciente).
14.2.-Exactitud de +/- 1 Kg.
14.3.- Con tara (ajuste a cero).
14.4.- Control de la balanza a través de un microcontrolador, que permita la visualización del peso y la transmisión de los datos obtenidos.
15.- Uso de 4 celdas de carga como sensores de peso.
16.- Construcción de una base rígida, sobre la cual se colocaran las celdas de carga, este requerimiento es muy importante debido a que la base no debe flejar para no alterar las mediciones en las celdas de carga.
16.-Capacidad de colocar el poste porta soluciones.
17.- Alarma audible en caso de ausencia de paciente.
18.- Conexión serial RS 232 con una PC.
19.- Software que permita la visualización del peso y el control de la balanza desde la PC.
20.- Las ruedas sobre las que estará asentada la estructura deberán soportar todo el peso de la cama y el paciente, además de contar con freno individual.
21.- Las diferentes superficies de la cama deben ser resistentes para una adecuada limpieza y desinfección, que evite contagios a los pacientes.
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Pag 2
72
3.2 Diseño simultaneo de componentes
Cada uno de los componentes de la cama se diseñan de forma continua y simultanea ya
que uno es complemento de otro y todos juntos formarán el prototipo. El flujograma de
diseño se aprecia en el anexo 4.
3.2.1 Análisis de Celdas de Carga
Especificaciones:
Tabla 28 Especificaciones de la celda de carga a utilizar. Sensitividad de salida ( = FS ) mV/V 2.0 ± 0.2 Capacidad máxima (Emax) kg 200
Error combinado %FS ± 0.0200 Carga mínima kg 0
Limite de carga % de Emax 150 % Limite de ruptura % de Emax 300 % Zero balance of FS < ± 2.0 %
Voltaje de excitación recomendado V 5 ~ 12 Impedancia de entrada Ω 406 ± 6
Impedancia de salida Ω 350 ± 3 Construcción Aluminio Tipo de compensación Puente balanceado
Torque para fijación recomendado Nm 10 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Zemic Europe
Los datos suministrados por el fabricante se pueden interpretar de la siguiente forma:
La sensitividad indica el voltaje que entrega el circuito de la celda de carga por cada
voltio de excitación, cuando está sometida al peso máximo. La celda será alimentada
con 5 voltios el cual está en el rango dado por el fabricante. Con la siguiente ecuación se
puede calcular la señal que entregará cada celda:
Señal Max=Sensitividad x V. Excitación Ecuación (3-1) Señal máxima Señal Max. = 2 RmVV U ∗ 5XVY = 10mV
73
El voltaje máximo de la señal será 10 mV, cuando el peso en cada celda sea de 200 Kg.
Al estar conectadas 4 celdas en paralelo serian capaces de pesar hasta 800 kg, pero el
diseño únicamente será para pesar hasta 400kg obteniendo así una señal máxima de
5mV, ya con este valor se procederá a diseñar más adelante el acondicionamiento de la
señal. Para encontrar el aumento de voltaje por cada kilogramo tenemos:
Señal = (Sensitividad ∗ V. Excitación) capacidad total Ecuación (3-2)Relación peso voltaje
Señal = f2 gmVV h ∗ 5XVYi800XkgY Señal = 0.0125 RmVkg U
Así para encontrar la señal de una carga cualquiera se debe únicamente multiplicar 0.05
por el valor de la carga deseada; gracias a esto podemos obtener una curva de
funcionamiento para determinar el verdadero comportamiento de la celda.
La capacidad máxima es el peso máximo al que se puede someter a la celda e incluye el
peso muerto, el peso neto máximo y la tolerancia.
Capacidad = Peso Muerto + Peso Neto Max. + Tolerancia Ecuación (3-3) Capacidad máxima
Los límites de carga y de ruptura obedecen al comportamiento de la celda misma, los
valores que se presentan a continuación son para cada una de las celdas de carga:
Limite de carga = 1.5 ∗ (200XkgY) = 300XkgY Limite de ruptura = 3 ∗ (200XkgY) = 600XkgY
Al unir las cuatro celdas de carga los valores antes presentados se cuadriplican.
74
El circuito de compensación es un puente balanceado, esto implica que se tiene dos
galgas, una en operación como sensor y otra para compensación de temperatura que no
aporta a la medición. Estas dos galgas se localizan en un cuarto puente de wheatstone en
la celda, al cual se accede mediante cuatro cables codificados por colores. Los cables
rojo y negro se conectan a la excitación del puente y en los cables verde y blanco se
tiene las señales de medición positiva y negativa respectivamente, el quinto cable el de
recubrimiento no está conectado al elemento y este únicamente sirve disminuir el ruido
que puede afectar a la señal. A continuación se muestra el esquema de conexión de las
celdas.
Figura 3-1 Diagrama de conexión de la celda de carga
Fuente: (Zemic Europe, 2010)
El cable del blindaje (shield) de la celda de carga puede ser conectado directamente a la
tierra del circuito, si es necesario mejorar el rechazo en modo común, se debe conectar
este cable a los pines de la resistencia de ganancia a través de protectores de datos como
se muestra en la siguiente figura.
Figura 3-2 Conexión del cable de blindaje en Modo común
Fuente: (Analog Devices, 2004)
75
3.2.2 Análisis Amplificador de Instrumentación
Se utilizará para amplificar la señal proveniente de las celdas de carga el amplificador
de instrumentación AD620, se escogió este integrado, ya que cuenta con varias
características que la dan buena precisión, una buena CMRR y su costo es accesible. La
distribución de pines del encapsulado AD620 es la siguiente:
Figura 3-3 Distribución de Pines del AD620
Fuente: (Analog Devices, 2004)
La distribución de pines del AD620 consta en la figura 3.3. La resistencia Rg se coloca
entre los pines 1 y 8, la salida puede medirse entre los pines 6 y 5, la alimentación
positiva entra en el pin 7 y la negativa en el pin 4.
Como ya se mencionó el valor de la señal entregada por las celdas de carga cuando estas
soporten un peso máximo de 400kg será de 5mV. Con este valor de señal procedemos a
calcular la ganancia del amplificador así:
r = GsGtu = 5XGY5XvGY = 1000 Ecuación (3-4) Ganancia del
amplificador AD620
Con el valor de la ganancia y la ecuación dada por el fabricante se calcula la resistencia
externa Rg del amplificador así:
wx = 49.4 Ωr − 1 Ecuación (3-5) Cálculo de la resistencia para ganancia del
amplificador wx = 49.4 Ω999 = 49.44Ω
76
Tomando el valor normalizado más próximo tenemos: wx ≈ 51Ω
La ganancia de acuerdo a la ecuación 3.4 sería:
r = 49.4 Ωwx + 1
r = 49.4 Ω51 + 1 = 969.63
Todo amplificador de instrumentación rectifica pequeñas señales fuera de banda. La
alteración puede aparecer como una pequeña variación de voltaje dc. Las señales de alta
frecuencia pueden ser filtradas con un filtro R-C pasa bajos, localizado a la entrada del
amplificador de instrumentación. La configuración de este filtro se puede observar en la
figura 2.14.
El filtro limita la señal de entrada de acuerdo a la siguiente relación, recomendada por
el fabricante del dispositivo: (Analog Devices, 2004)
~ = 12w(22 + 2) Ecuación (3-6) Ancho de banda
modo diferencial
~ = 12w2 Ecuación (3-7) Ancho de banda modo común
Donde 2 ≥ 1023
2 afecta la señal diferencial. 23 afecta la señal en modo común. Cualquier
desequilibrio en la impedancia en w × 23 puede degradar el rechazo en modo común
(CMRR) del amplificador. Para prevenir una reducción inadvertida del desempeño del
ancho de banda – CMRR, se debe asegurar que 23 es por lo menos una magnitud mas
pequeña que 2. El efecto del desequilibrio de 2 se reduce con una amplia relación
entre 2: 2.
77
Con la gráfica típica de las características CMRR del amplificador (figura 3.4)
proporcionada por el fabricante se procede a buscar la frecuencia de corte:
Figura 3-4 Curva típica de CMRR vs. Frecuencia, con relación a la entrada
Fuente: (Analog Devices, 2004)
La ganancia para el amplificador será de 969.63 y el valor más cercano en las curvas
mostradas en la figura 3.4 es una curva con ganancia de 1000
Al calcular la frecuencia de corte para esta curva tenemos que:
Para un filtro pasa bajos con atenuación de -20dB/década. La frecuencia de corte (3)
será igual a la frecuencia correspondiente (eje x) para una relación de 0.707 de la curva
de ganancia G= 1000(eje y).
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: (Analog Devices, 2004)
Así tenemos:
3 ≈ 3
Curva de ganancia = 1000 Relación de 0.707
con respecto al valor
en dB de la curva
78
Para el modo diferencial, se busca no sobrepasar los valores recomendados por el
fabricante para los resistores y capacitores. Se escogió una frecuencia de corte 50Hz en
modo diferencial. El resto de frecuencias se eliminan en el amplificador de
instrumentación o mediante un filtro digital implementado en el microcontrolador.
Con los valores de frecuencia tanto para modo común, como para el modo diferencial,
se seleccionara primero las resistencias de entrada, para esto: R = 22kΩ. Mediante la
ecuación se calcula el valor de los capacitores 23.
Despejando 23 de la ecuación 3.7 tenemos:
2 = 12w(~)
2 = 12(22Ω)(3)
2 = 2411.4
Tomando el valor normalizado más próximo tenemos 2 ≈ 2200
Con el valor de 2 se procede a calcular el valor de 2 despejando de la ecuación 3.6:
2 = 1 − 2w(~)24w(~)
2 = 1 − 2(22Ω)(50)(2200)4(22Ω)(50)
2 = 71000
Tomando el valor normalizado más próximo tenemos 2 ≈ 68000.
Los anchos de banda calculados con las capacitancias 2 y 2 seran:
~ = 12(22Ω)(2(68) + 2200) = 52.34ℎ
Además el fabricante recomienda agregar un capacitor de 0.1µF y uno de 10µF en los
pines de alimentación para atenuar el efecto del rizado de la fuente. El diseño final del
amplificador quedaría como se muest
3.2.3 Análisis del Multiplexor de la señal
La señal amplificada será repartida entre dos de las entradas del conversor
análogo/digital del pic
(RA3), con el objetivo de aumentar la resolución del conversor.
Para esta etapa se utilizara el operacional TL084, que incorpora cuatro amplificadores
operacionales con entradas J
entrada, y bajas corrientes de salida, su esquema de conexión es el siguiente:
Figura
El canal RA0 recibe todo el voltaje del acondicionador, pero solo convertirá valores de
0 a 2.5V, si los valores provenientes del amplificador son mayores a 2.5V serán
convertidos a través del canal RA1, gracias a que está c
amplificadores que restan el valor del acondicionador menos la referencia de 2.5V.
Para esta operación es necesario el uso de amplificador diferencial
ecuación 2.12, encontramos el valor del voltaje de salida del amplificador:
79
~ = 12522Ω6522006 3.28#
Además el fabricante recomienda agregar un capacitor de 0.1µF y uno de 10µF en los
pines de alimentación para atenuar el efecto del rizado de la fuente. El diseño final del
ía como se muestra en la figura 2-14.
Multiplexor de la señal
La señal amplificada será repartida entre dos de las entradas del conversor
análogo/digital del pic, (RA0 y RA1) y se colocará una referencia externa de voltaje
(RA3), con el objetivo de aumentar la resolución del conversor.
Para esta etapa se utilizara el operacional TL084, que incorpora cuatro amplificadores
operacionales con entradas J-FET de alta velocidad, posee una alta impedancia de
entrada, y bajas corrientes de salida, su esquema de conexión es el siguiente:
Figura 3-5 Diagrama de conexión del integrado TL084
Fuente: (STMicroelectronics, 2001)
El canal RA0 recibe todo el voltaje del acondicionador, pero solo convertirá valores de
0 a 2.5V, si los valores provenientes del amplificador son mayores a 2.5V serán
convertidos a través del canal RA1, gracias a que está conectado a un arreglo de
amplificadores que restan el valor del acondicionador menos la referencia de 2.5V.
Para esta operación es necesario el uso de amplificador diferencial
, encontramos el valor del voltaje de salida del amplificador:
Además el fabricante recomienda agregar un capacitor de 0.1µF y uno de 10µF en los
pines de alimentación para atenuar el efecto del rizado de la fuente. El diseño final del
La señal amplificada será repartida entre dos de las entradas del conversor
, (RA0 y RA1) y se colocará una referencia externa de voltaje
Para esta etapa se utilizara el operacional TL084, que incorpora cuatro amplificadores
elocidad, posee una alta impedancia de
entrada, y bajas corrientes de salida, su esquema de conexión es el siguiente:
Diagrama de conexión del integrado TL084
(STMicroelectronics, 2001)
El canal RA0 recibe todo el voltaje del acondicionador, pero solo convertirá valores de
0 a 2.5V, si los valores provenientes del amplificador son mayores a 2.5V serán
onectado a un arreglo de
amplificadores que restan el valor del acondicionador menos la referencia de 2.5V.
Para esta operación es necesario el uso de amplificador diferencial. Utilizando la
, encontramos el valor del voltaje de salida del amplificador:
Como es necesario que el voltaje de entrada sea solo restado de la referencia y no
amplificado tenemos que:
Como referencia de voltaje tanto para
el diodo regulador de voltaje NTE952, que se describió en el capitulo anterior
es preciso utilizar amplificadores seguidores de voltaje para acoplar impedancias
quedando el circuito de la siguient
Se utiliza capacitores en alimentación positiva y negativa del integrado para filtrar el
ruido proveniente de la fuente.
80
GH w>w=
5G> 9 G=6
Como es necesario que el voltaje de entrada sea solo restado de la referencia y no
amplificado tenemos que:
w> w=
w> 270 Ω w=
Como referencia de voltaje tanto para el pic como para el circuito multiplexor se utiliza
el diodo regulador de voltaje NTE952, que se describió en el capitulo anterior
es preciso utilizar amplificadores seguidores de voltaje para acoplar impedancias
quedando el circuito de la siguiente manera:
Figura 3-6 Circuito multiplexor de señal
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7
e utiliza capacitores en alimentación positiva y negativa del integrado para filtrar el
ruido proveniente de la fuente.
Como es necesario que el voltaje de entrada sea solo restado de la referencia y no
el pic como para el circuito multiplexor se utiliza
el diodo regulador de voltaje NTE952, que se describió en el capitulo anterior. Además
es preciso utilizar amplificadores seguidores de voltaje para acoplar impedancias
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Proteus ISIS 7
e utiliza capacitores en alimentación positiva y negativa del integrado para filtrar el
81
3.2.4 Diseño y cálculo de los diferentes elementos de maquina
En lo que se refiere al diseño mecánico del proyecto se procederá con el diseño de los
ejes y brazos de palanca que permitirán la elevación y posiciones trendelenburg y
trendelenburg inverso de la cama.
El diseño de los diferentes elementos de máquina que componen el prototipo se los
realizará como carga estática ya que el movimiento de los mismos será lento, con
movimientos angulares pequeños, sin llegar a completar ni una vuelta, además cabe
recordar que la mayor parte del tiempo la cama permanecerá en una sola posición.
Diseño de columnas
El material a utilizar es un acero estructural ASTM A36.
Figura 3-7 Diagrama de fuerzas actuantes sobre los brazos.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Trabajo critico de impulso parte de abajo.
2= 2>
2> 100 = 980
2> sin(14°) = 2>
2> = 4050.9
2> = = → = = 4050.9
= =
82
Obtenemos la carga crítica despejando de la ecuación 2.10:
. ∗
Como factor de diseño se escoge 3.
. 4050 ∗ 3 = 12150
Se procede a diseñar los brazos como columnas largas (ecuación 2.8):
. = (> ∗ < ∗ )(# ∗ ")>
Donde:
E = 207 Gpa módulo de elasticidad para aceros al carbón y aleados.
K= 2.1 ya que el brazo adopta la forma de Empotrado – libre.
L = 350mm.
H = 6B; la altura será igual a seis veces la base.
12150 = f> ∗ 207000 g vv>h ∗ i(2.1 ∗ 320XvvY)>
Despejando I tenemos que:
= 2685.62 vvA
Aplicando la ecuación obtenida del apéndice 1 para la inercia de un rectángulo tenemos:
= ~12
2685.62 vvA = ~12
Sí H = 6B entonces:
~(6~)12 = 2685.62 vvA
~A = 149.2 vvA
83
~ 3.5 vv
= 21 vv
Se calcula el radio de giro respecto al eje que produzca el valor menor; en este caso es
en el eje Y-Y para lo cual se utiliza la siguiente fórmula del anexo 1:
./0 = ~√12
./0 = 3.5√12
./0 = 1.01
Se obtienen la relación de esbeltez y la relación de esbeltez de transición y se
comprueba si el proceso de diseño fue correcto con las ecuaciones 2.6 y 2.7,
respectivamente:
.tóu = #"./0
.tóu = 2.1 ∗ 3201.01
.tóu = 665.34
23 = 2><¡
23 = ¢2> ∗ 207000 g vv>h248.21 g vv>h
23 = 128.3
Como: #"./0 > 23
665.34 > 23
84
De acuerdo a lo anterior se concluye que el proceso de diseño escogido fue el correcto.
- Dimensionado de las columnas
Área de la columna: £3 = ~3 ∗ 3 = 3.5vv ∗ 21vv = 73.5vv>
Con el área de la columna se busca en un catálogo de material la platina que tenga un
área igual o mayor a la ya obtenida. Además cabe anotar que el brazo será atravesado
por un eje de 30 mm de diámetro por lo cual habrá que sumar al área de la columna el
área transversal del eje. La platina deberá tener una altura mayor a 30mm para que
pueda ser atravesada por el eje, por este motivo se escogió del catalogo una platina de
50 x 6 mm.
Con los siguientes cálculos se comprobará si el tamaño escogido, satisface el diseño.
Área transversal de la platina: £¤ = ~¤ ∗ ¤ = 6vv ∗ 50vv = 300vv>
Área transversal del eje: £ = ~ ∗ = 6vv ∗ 30vv = 180vv>
Para que se satisfaga el diseño es necesario que el área de la platina sea mayor que el
área de la columna más el área trasversal del eje, esto se puede apreciar de mejor
manera en el siguiente gráfico:
Elaborado por: Patricio Cevallos A. £3 + £ < £¤
73.5 vv + 180 vv < 300 vv
Área Área Área
Figura 3-8 Área de la columna
85
Se comprobó que la platina de 50 x 6 mm. es la indicada para el diseño.
Cálculo de los ejes
- Procedimiento general de diseño
1. Especificar los objetivos y limitaciones del diseño.
2. Determinar el ambiente donde estará el elemento considerando todos los factores
que influirán sobre el mismo.
3. Determinar la naturaleza y las características de las cargas que va a soportar el
elemento, que puede ser: cargas estáticas, dinámicas, de choque o Impacto.
4. Determinar las características de las cargas y las condiciones de operación.
5. Analizar cómo se van a aplicar las cargas para determinar el tipo de esfuerzo
producido tal como: Esfuerzo Normal Directo, Esfuerzo flexionante, Esfuerzo
cortante directo, Esfuerzo cortante torsional o alguna combinación de esfuerzos.
6. Proponer la geometría básica del elemento.
7. Proponer el método de fabricación del elemento, prestando atención especial a la
precisión necesaria para diversos detalles y al acabado superficial que se desea.
8. Especificar el material de fabricación del elemento con sus condiciones.
9. Determinar las propiedades necesarias del material seleccionado como:
Resistencia de fluencia Sy, resistencia última detención Su, Modulo de
elasticidad, entre otras.
10. Especificar un factor de diseño adecuado N.
11. Determinar que método de análisis de esfuerzo se aplicará al diseño.
12. Calcular el esfuerzo de diseño adecuado para aplicar en el análisis de esfuerzos.
13. Determinar la naturaleza de todas las concentraciones de esfuerzos que puedan
existir en el diseño.
86
14. Especificar dimensiones adecuadas de todos los detalles del elemento.
15. Comprobar todas las hipótesis planteadas en el diseño para garantizar que el
elemento sea seguro y razonablemente eficiente.
Las fuerzas aplicadas sobre el eje se encuentran el plano YZ por lo cual se proceda a
descomponer las mismas sobre cada uno de los planos.
Se realiza la sumatoria de momentos en el eje Z para obtener las reacciones en los
apoyos:
¥ ¦§¨ 2©5650) − 980(575) − 2002,84(325) − 980(75) = 0
2© = 1981.42 = 2A©
Con estas reacciones se dibuja el diagrama de momento cortante:
Figura 3-9 Diagrama de Momento Cortante eje Z
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: MDesing
Se calculan los momentos torsores y se representan el la gráfica
¦= = 2©(75vv) = 148606,5 . vv
¦© = 2©(325vv) − ©(250) = 39861,5 . vv
980 2002,84
980
A B
C3z C4z
P3z P4z
FMz
87
Figura 3-10 Diagrama de Momento Flexionante eje Z
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: MDesing
De la misma manera se realiza la sumatoria de momentos en el eje Y obteniendo:
¥ ¦§¨ 2«5650) + 3930(575) − 5655,84(325) + 3930(75) = 0
2« = −1102,78 = 2A«
Figura 3-11 Diagrama de Momento cortante eje Y
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: MDesing
980 2002,84
980
A B
C3z C4z
P3z P4z
FMz
3930
5655,8
3930 A B
C3y C4y
P3z P4z
FMy
88
¦= 2«575vv) = 82708,5 . vv
¦« = 2«(325vv) − «(250) = 624271,5 . vv
Figura 3-12 Diagrama de Momento Flexionante eje Y
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: MDesing
Usando Teorema de Pitágoras se obtiene el Momento máximo:
¦ = ¬f¦©i> + ¦«®>¯
¦ = 740867,86 . vv
La fuerza normal del motor ejercida sobre el eje será de:
°u = 6000 ∗ cos(23,5) = 5502,36
Con la fuerza normal, y la distancia del brazo sobre la que esta actúa se calcula el torque
que el motor ejerce sobre el eje.
= °u ∗ 150 vv = 825354,07. vv
Utilizando las formulas 2.2 y 2.3 se calcula el par torsional equivalente.
= ±((¦)> + ()>)
3930 5655,8 3930 A B
C3y C4y
P3z P4z
FMy
89
1109095,69. vv
= ⇒ = ³
Para el diseño de los ejes se utilizará acero AISI 4140 o su equivalente bohler v 320,
cuyas características se pueden observar en el anexo 2.
Con el valor de resistencia de fluencia ¡ del material escogido, y tomando un factor de
diseño de 2 procedemos a calcular el esfuerzo cortante de diseño.
³ = 0,5¡ = 0,5(750)2 = 187.5 . vv>
Con el par torsional equivalente ya calculado y el esfuerzo cortante de diseño
obtenemos el modulo de sección polar Zp.
= ³ = 1109095,65187,5 = 5915,77vv
De acuerdo al anexo 1 el diámetro del un perfil circular se calcula de la siguiente
manera:
´ = 16
´ = 16µ
´ = 31,115vv
Según el catálogo consultado el diámetro mayor más próximo seria de 35 mm, al cual se
debería trabajarlo hasta reducir su diámetro al valor antes calculado, esto aumentaría en
gran medida el valor de la cama. Por lo cual se decide a utilizar un eje de 30 mm, que
aunque es un poco más pequeño que el valor obtenido en el diseño, no se realizará
90
ningún trabajo de maquinado sobre el mismo, ahorrando así costos y reduciendo el peso
de la cama, sin comprometer la seguridad el diseño.
Aunque los cuatros ejes están sometidos a distintas fuerzas, se utilizara este diámetro
para todos, debido a que el mismo fue calculado para el eje más crítico y quedaría
asegurado el diseño para todos lo demás ya que sobre los mismos se ejercen fuerzas
menores.
El diseño es comprobado a través de la herramienta de calcula MDesign obteniendo los
siguientes valores:
Ingreso de Datos:
Tabla 29 Cálculo en MDesign
Statically Determinate Beams Type of beam support Two-point support Length to the first support point l1 = 0 mm Length to the second support point l2 = 650 mm Beam length l = 650 mm Distance to considered cross-section x = 325 mm Type of cross-sectional shape: Circle Diameter d = 29.9974 mm Modulus of elasticity E = 206842.8 N/mm² Shear modulus G = 79289.74 N/mm² Forces and distributed loads
Nr. Distance mm Length mm Value N ° ° 1 75 0 -4051 76 90 2 575 0 -4051 76 90 3 325 0 -6000 289.5 90 Twisting moments
Nr. Distance mm Value N.m 1 325 825 2 0 -412.5 3 0 -412.5
91
Resultados
Force factors in the desired cross-section Reaction in the first support point R1y = -1102.744 N
Reaction in the second support point R2y = -1102.744 N
Reaction in the first support point R1z = 1981.446 N Reaction in the second support point R2z = 1981.446 N Force factors in the desired cross-section Shear force in YOX plane Vy = -2827.924 N
Shear force in ZOX plane Vz = -1001.421 N Bending moment in YOX plane Mz = 6.244e+005 N.mm
Bending moment in ZOX plane My = 3.990e+005 N.mm Maximal force factors in YOX and ZOX plane to length of the beam Maximum shear force in YOX plane Vymax = 2827.924 N Distance to point where Vzmax occured x = 76.143 mm
Maximum shear force in ZOX plane Vzmax = 1981.446 N
Distance to point where Vymax occured x = 575.714 mm Maximum bending moment in YOX plane Mzmax = 6.244e+005 N.mm
Distance to point where Mzmax occured x = 325.000 mm
Maximum bending moment in ZOX plane Mymax = 3.990e+005 N.mm Distance to point where Mymax occured x = 325.000 mm
Maximum torsional moment Tmax = 8.250e+005 N.mm Distance to point where Tmax occured x = 0.000 mm
Stresses in the desired cross-section
Stress due to bending in YOX plane yox = 235.574 N/mm² Stress due to bending in ZOX plane zox = 150.551 N/mm²
Combined stress due to bending = 386.126 N/mm²
92
Torsional shear stress t = -0.000 N/mm²
Shearing stress in YOX plane yox = -5.335 N/mm² Shearing stress in ZOX plane zox = -1.889 N/mm²
Deformations in the desired cross-section
Deflection in YOX plane fy = -2.075861 mm Deflection in ZOX plane fz = -1.857590 mm
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cálculo Mdesign
Diseño CAD de partes y piezas.
- Ensamble inferior A del elevador
Figura 3-13 Ensamble inferior A del elevador.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Masa = 6,65 Kg
Volumen = 847879 mm3
Área de superficie = 228467 mm2
El ensamble inferior A del elevador está constituido por el eje de acero AISI 1040 de
30mm de diámetro x 650 mm de largo, 4 platinas de acero ASTM A 36, 2 platinas con
medidas de 390x50x6 mm, que se unen al ensamble superior A y 2 platinas con medidas
de 190x50x6 mm, que permiten acoplar el motor lineal; además de un par de ángulos de
25x25x3 mm que sirven de soporte para los brazos de palanca.
93
- Ensamble superior A del elevador
Figura 3-14 Ensamble superior A de elevador
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009 .
Masa = 7,1 Kg
Volumen = 903258 mm3
Área de superficie = 204267.2 mm2
El ensamble superior A del elevador está constituido por el eje de acero AISI 1040 de
30mm de diámetro x 870 mm de largo, 4 platinas de acero ASTM A 36 de
257x50x6mm, unidas en 2 pares, las que se conectan a través de un pasador con el
ensamble inferior A del elevador. Juntas estas dos pieza forman parte del mecanismo de
elevación del la cama, y son parte fundamental para lograr la posición trendelenburg.
- Ensamble inferior B del elevador
Figura 3-15 Ensamble inferior B del elevador
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Masa = 5,32 Kg
94
Volumen = 678999 mm3
Área de superficie = 154959 mm2
El ensamble inferior B es construido de igual forma que el ensamble inferior A, con la
diferencia que las 2 platinas que actúan como brazos de palanca son más cortas con una
longitud de 180 mm.
- Ensamble superior B del elevador
Figura 3-16 Ensamble superior B del elevador
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Masa = 7,52 Kg
Volumen = 959181 mm3
Área de superficie = 224306 mm2
Al igual que el ensamble anterior, este está construido de la misma manera que su
similar A, con la única diferencia en la longitud de los brazos de palanca que son igual a
302 mm. Junto con el ensamble inferior B, esta parte del elevador es fundamental para
lograr la posición trendelenburg inversa; al trabajar juntos los 2 ensambles de elevación
A y B, se logra elevar de manera horizontal todo el lecho de la cama. Tanto en el
ensamble superior B como el ensamble superior A, la disposición del par de platinas
permite dar mayor rigidez a cada uno de los elevadores, manteniendo a los brazos
inferiores en el centro.
95
- Base de la cama
Figura 3-17 Base de la cama
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009 .
Masa = 14,45 Kg
Volumen = 1840869 mm3
Área de superficie = 1134598 mm2
La base es una parte fundamental de la cama ya que sobre la misma se asientan las
diferentes partes y sistemas de la cama, está construida en acero angular ASTM A36 de
50x50x6 mm ya que se busca que sea lo más rígida posible, para que no exista
distorsión del peso debido a flexión que pueda existir en la base, se utiliza también tubo
de construcción mecánica cédula 40 para rigidizar aun más la base, además de que
servirán como soporte para la colocación de los motores que permitirán la elevación del
lecho de la cama.
- Chumaceras
Figura 3-18. Chumaceras
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
96
Masa = 193 gramos
Volumen = 24639.6 mm3
Área de superficie = 17683 mm2
Las chumaceras son ocho en total, están ensambladas especialmente para los ejes que se
utilizaran en el proyecto, cada una está construida con platina de 50x3mm, y van
adheridas tanto a la base como al somier de la cama a través de pernos, en estas se aloja
el eje permitiéndole que gire pero no se desplace hacia ningún lado.
- Diferentes pernos y tornillos
Figura 3-19 Diferentes pernos y tornillos
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
En el prototipo son utilizados varios pernos y tornillos de diferentes dimensiones, tanto
para fijar las piezas en su lugar, como también para ejes que permiten la rotación de
ciertos elementos.
- Somier modificado de la cama
Figura 3-20 Somier de la cama
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
97
Masa = 43,75 Kg
Volumen = 5574638 mm3
Área de superficie = 2937218 mm2
La estructura básica del somier de la cama manual permanece sin mayores cambios, sin
embargo a este se le han realizado un par de adecuaciones que permitirán alojar los
motores para realizar los movimientos automáticos. Estas adecuaciones son 2
travesaños de ángulo de 30x30x4, con cartelas donde se acoplarán las fijaciones traseras
de los actuadores lineales; estos travesaños son colocados dependiendo de la geometría
existente de la cama y de las dimensiones de instalación recomendadas por el fabricante
de los actuadores lineales.
- Garruchas
Figura 3-21 Garrucha
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Cada una de las ruedas de la cama posee freno y bloqueo de dirección individual,
permitiendo transportar con facilidad la cama.
- Celdas de carga
Figura 3-22 Celda de carga
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
98
En total son cuatro y se encuentran colocadas entre la base y las ruedas, la forma de
colocar las celdas permite que estas flejen y así obtener el peso del paciente.
- Cabecero y piecero
Figura 3-23 Cabecero / piecero
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Fuente: SolidWorks 2009
Masa = 10,7 Kg
Volumen = 1835217 mm3
Área de superficie = 1406493.1 mm2
Al igual que el somier, el cabecero y el piecero se los obtuvo de la cama manual, como
en la cama manual sobre estos se asentaba el somier, es necesario eliminar ciertos
componentes que ya no serán de utilidad como las patas y los soportes de la cama, y
remplazarlos por piezas que permitan un acople sencillo de estos nuevamente al somier.
- Actuador lineal
Figura 3-24 actuador lineal
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
99
Son 4 actuadores en total que permiten obtener los diferentes movimientos de la cama,
el motor de 131mm de carrera localizado en el somier, permite realizar el momento
fowler o de espalda, el motor de 77mm de carrera de igual manera localizado en el
somier, es el encargado de realizar el movimiento de elevación de muslos. Los motores
colocados en la base cada uno con una carrera de 100mm, permiten elevar la cama en
forma horizontal, si los dos empujan al mismo tiempo, de lo contrario, si un motor
empuja, mientras que el otro recua se producirán los movimientos trendelenburg o
trendelenburg inverso dependiendo de qué motor empuje y que motor recúe.
- Platina de conexión entre la celda de carga y la garrucha
Figura 3-25 Platina de conexión
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Masa = 294 gramos
Volumen = 37468 mm3
Área de superficie = 18019.33 mm2
Sirve para acoplar cada una de las ruedas, con la respectiva celda de carga, por cada
rueda existe una de estas piezas, está construida con una platina de acero ASTM A36
100x85x6mm (largo x ancho x espesor).
- Separador entre celda de carga y base.
Figura 3-26 separador
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Fuente: SolidWorks 2009
100
Masa = 32 gramos
Volumen = 4164 mm3
Área de superficie = 2920 mm2
Esta pequeña pieza es de gran importancia al momento de pesar al paciente ya que
permite que la celda, tenga suficiente espacio entre la base, para que pueda flejar, sus
dimensiones son 40x30x6 mm (largo x ancho x espesor), al igual que varias partes de la
cama está construida con acero ASTM A36. Son cuatro piezas en total con estas
características.
- Bocines
Figura 3-27 Bocines
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Fuente: SolidWorks 2009
Están colocados en los orificios de los elevadores inferiores A y B por donde pasan los
ejes, con estos bocines se logra reducir la fricción que pueda existir entre los elevadores
inferiores y superiores cuando están en funcionamiento, aminorando de esta manera la
fuerza que deben realizar los actuadores lineales, así como posibles atascamientos
producto de la excesiva fricción, y daños en los actuadores por sobrecarga, la
construcción de estos bocines es mixta de plástico y cobre.
- Batería
Figura 3-28 Batería
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
101
- Planos de la cama
Figura 3-29 planos de la cama
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Masa = 12.35 kg
Volumen = 19603788 mm3
Área de superficie = 3396080 mm2
Son cuatro planos de la cama de diferentes dimensiones cada uno, estos remplazan a los
antiguos resortes que estaban colocados en la cama manual, permitiendo obtener una a
base rígida donde se pueda recostar el paciente, su construcción es en triplex de 12 mm
de espesor con recubrimiento de melamínico, esto hace posible la toma de radiografías,
además permite una correcta limpieza sin peligro a que se deformen estas superficies.
- Caja de control
Figura 3-30 Caja de control
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
102
- Diseño de software
Inicio
Pantalla 1
Retardo 5s
VT=0
Leer pines A0 y A1
Guardar valor A0 o A1 en VP
Transformar valores A0 o A1 a peso
Enviar dato por serial
Pantalla 2 VP VT
Tecla?
Tecla = Tara
VT= 0
VT = VP
A
No
Si
No
Si
Si
No
B
103
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
VN = VP-VT
Leer pines A0 y A1
Guardar valor A0 o A1 en VP
Transformar valores A0 o A1 a peso
Enviar dato por serial
Pantalla 3
VN
Tecla?
Tecla = Peso
Si
A
No
Si
Tecla peso
y tara
B
No
No
Si
104
3.3 Simulación
Las simulaciones son realizadas tanto de la parte mecánica como la parte electrónica
permitiendo someter a los componentes a varios ensayos.
3.3.1 Simulaciones parte mecánica
Todas las simulaciones están hechas bajo carga máxima de diseño la cual es de 400 kg
incluida la estructura. La carga máxima sobre la cama será de 250 Kg, ya que el peso de
la estructura es de 150 Kg. Los 250 Kg están repartidos sobre la cama de tal forma que
sobre el plano 1 se asienta el 45% del peso total del cuerpo, sobre el plano 2 se
encuentra el 15% del peso del cuerpo, sobre el plano 3 se encuentra el 20%, y sobre el
plano 4 el 20% restante del cuerpo.
3.3.1.1 Elevación de la cama
Para la elevación de la cama, esta empieza en la parte más baja, la fuerza es aplicada por
los dos motores empujando al mismo tiempo.
Posición Inicial
Figura 3-31 Fuerzas aplicadas para la simulación.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Plano Plano Plano Plano
Motor inferior Motor inferior
105
Posición final
Figura 3-32 Posición final elevación de la cama
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
- Fuerza aplicada por los actuadores
Figura 3-33 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores en la elevación.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Como se puede apreciar en el grafico para este movimiento, el motor inferior posterior
ejerce mayor fuerza que el motor inferior anterior, debido a la geometría presente en el
diseño, ya que el brazo al cual mueve el motor 1 es más largo por lo tanto existirá
mayor torque, traduciendo esto en una mayor fuerza que el motor debe entregar para
2138
2638
3138
3638
4138
4638
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
Fue
rza
-M
ag (
new
ton)
Tiempo (sec)
Motor inferior posterior
Motor inferiror anterior
106
lograr el movimiento, la grafica resultante de la simulación de fuerza para este motor es
una grafica no lineal teniendo como punto máximo 4429N, a partir del cual decrece la
fuerza necesaria para la elevación, esto se debe a que el somier de la cama a más de
elevarse en forma vertical se desplaza en forma horizontal producto también de la
geometría presente en el sistema de elevación sobre el cual se asienta el somier. En el
punto donde la fuerza del motor empieza a decrecer, la cama empieza a desplazarse más
en forma horizontal que vertical por lo cual es necesario menor fuerza. Mientras tanto la
fuerza ejercida por el motor inferior anterior es menor debido a que la longitud del
brazo con el que trabaja es mucho menor, por lo cual se genera un menor torque y por lo
tanto se necesita menos fuerza para ejecutar el movimiento. Gracias a esta simulación
podemos ver que la fuerza de los actuadores que forman parte del diseño será suficiente
para lograr el movimiento, ya que cada uno de los mismos eroga una fuerza de hasta
6000 N.
- Desplazamientos y velocidad vertical del somier de la cama
Figura 3-34 Diagrama de desplazamientos y velocidad vertical del somier de la cama.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,0
0
11,0
0
12,0
0
13,0
0
14,0
0
15,0
0
Des
pla
zam
ien
to t
rasl
acio
nal
-Y
(m
m)
Tiempo (sec)
desplazamiento vertical somier
107
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
El desplazamiento total realizado por el somier de la cama se observa en los anteriores
gráficos, donde el primero muestra el desplazamiento en dirección vertical, desde su
parte más baja 260 mm hasta alcanzar la parte más alta 450 mm teniendo un
desplazamiento total de 190 mm, mostrando como resultado una gráfica casi lineal.
Debido a la geometría resultante del sistema de elevación existe también un movimiento
horizontal del somier con respecto a la base de la cama, el resultado de este movimiento
es visible en la figura 2, teniendo un curva la cual para un mejor manejo y ya que la
distancia que se recorre en forma horizontal es pequeña con respecto al tamaño de la
cama puede ser linealizada, obteniendo un desplazamiento horizontal total del somier
75,00
95,00
115,00
135,00
155,00
175,00
195,00
215,00
235,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,0
0
11,0
0
12,0
0
13,0
0
14,0
0
15,0
0
Des
pla
zam
ien
to t
rasl
acio
nal
-Z
(m
m)
desplazamiento horizontal somier
10,50
11,00
11,50
12,00
12,50
13,00
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,0
0
11,0
0
12,0
0
13,0
0
14,0
0
15,0
0
Vel
ocid
ad t
rasl
acio
nal
-Y
(m
m/s
ec)
Tiempo (sec)
Velocidad de elevacion del somier
108
de 135 mm. La grafica 3 muestra la velocidad con la que el somier se desplaza en forma
vertical, la curva resultante de la velocidad puede ser tomada como creciente en forma
lineal, con una velocidad mínima 11,3 mm/seg hasta llegar a una velocidad máxima al
final del movimiento de 12,6 mm/seg, obteniendo de esta manera un promedio de
velocidad de elevación de 12 mm/seg.
3.3.1.2 Regreso de la cama a la parte más baja
Para regresar la cama a su posición más baja, esta empieza en la parte más alta, la fuerza
es aplicada por los dos motores recogiéndose los mismos al mismo tiempo.
Posición Inicial
Figura 3-35 Posición inicial antes de bajar la cama.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Posición final
Figura 3-36 Posición final.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
109
- Fuerza aplicada al recuar los actuadores
Figura 3-37 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores al recuar.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Para llevar al somier desde su parte más alta hacia la parte más baja, los motores,
ejercerán fuerzas similares a las ejercidas para elevar la cama, como se puede apreciar la
gráfica del motor inferior posterior no es lineal, además es de forma inversa a la grafica
de la fuerza que el motor ejerce para subir la cama, la fuerza ejercida por el motor
inferior posterior es mayor que la fuerza ejercida por el motor inferior anterior esto se
debe de igual forma a la geometría presente en cada uno de los brazos que forman el
sistema de elevación sobre el cual se asienta el somier de la cama, ya que el brazo sobre
el cual actúa el motor inferior posterior es más largo, y por lo tanto existirá un mayor
torque, lo que se traduce en mayor fuerza ejercida; las fuerzas ejercidas tanto por el
motor inferior anterior como el inferior posterior parten desde los 1500 N y van en
aumento esto se debe a que al inicio de esta posición la cama se encuentra en la parte
más alta, y al empezar a descender existe mayor movimiento en forma horizontal que en
vertical, y cuanto más pasa el tiempo este movimiento horizontal disminuye, mientras
aumenta el movimiento vertical.
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0,00
0
1,00
0
2,00
0
3,00
0
4,00
0
5,00
0
6,00
0
7,00
0
8,00
0
9,00
0
10,0
00
11,0
00
12,0
00
13,0
00
14,0
00
15,0
00
Fu
erza
-m
ag (
new
ton
)
Tiempo (sec)
motor inferior posterior
Motor inferior anterior
110
3.3.1.3 Posición Trendelenburg partiendo de la parte más baja
Para la posición trendelenburg, el somier de la cama empieza en la parte más baja, la
fuerza es aplicada únicamente por el motor inferior anterior.
Posición inicial
Figura 3-38 Estado inicial de la cama antes de la posición trendelenburg.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Posición final
Figura 3-39 Posición trendelenburg final.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
- Fuerza aplicada por el actuador inferior anterior y desplazamiento del somier
Figura 3-40 Fuerza aplicada por el motor inferior anterior y desplazamiento angular del somier en la posición trendelenburg.
2500
2700
2900
3100
3300
3500
3700
Fu
erza
Mag
(n
ewto
n)
Tiempo (sec)
111
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
En las graficas se observa el desplazamiento del somier, así como la fuerza aplicada por
el motor inferior anterior para llevar a cabo el movimiento trendelenburg, en el primer
grafico se tiene la fuerza total que entrega el actuador para lograr esta posición, se puede
ver que la grafica resultante de la fuerza es creciente casi en forma lineal, empezando en
2600 N hasta alcanzar una fuerza máxima de 3600 N al momento de llegar a la parte
con mayor inclinación del somier, aunque la grafica no es completamente lineal esta
puede linealizarse para simplificar los cálculos sin perder mayor precisión en los
mismos, además se puede comprobar que los 6000N de fuerza entregados por el
actuador propuesto en el diseño es más que suficiente para lograr dicha posición. En lo
que se refiere al desplazamiento angular del somier se puede observar que el mismo
crece de forma casi lineal desde los cero grados hasta los 6 grados, con esto podemos
ver que la geometría de los diferentes elementos que permiten lograr esta posición es la
adecuada ya que se cumplen con los requerimientos planteados al inicio de la tesis. Con
la simulación también se logra comprobar que cada una de las carreras de los pistones
de los diferentes actuadores lineales es la adecuada ya que permiten alcanzar la posición
planteada en los requerimientos para cada uno de los movimientos de la cama.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
Des
pla
zam
ien
to a
ngu
lar
(deg
)
Tiempo (sec)
112
3.3.1.4 Posición Trendelenburg inverso partiendo de la parte más baja
Para la posición trendelenburg inverso, el somier de la cama empieza en la parte más
baja, ahora la fuerza es aplicada únicamente por el motor inferior posterior.
Posición inicial (Ver figura 3.38)
Posición final
Figura 3-41 Posición trendelenburg inversa final
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
- Fuerza aplicada por el actuador inferior posterior y desplazamiento angular del
somier
Figura 3-42 Diagramas de fuerza aplicada y desplazamiento angular del somier.
3700
3800
3900
4000
4100
4200
4300
4400
4500
4600
Fu
erza
-M
ag (
new
ton
)
Tiempo (sec)
motor inferior posterior
113
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
En la primera grafica se observa la fuerza entregada por el motor inferior posterior para
lograr la posición de trendelenburg inverso partiendo de la parte mas baja, la curva de la
fuerza es en forma de parábola, esto se debe a la geometría de los brazos soldados a los
ejes que forman el sistema de elevación de todo el somier, como fuerza máxima
aplicada por el motor tenemos cerca de 4600 N esto se da a los 7 segundos de haber
iniciado este movimiento, esto se debe a que este tiempo la fuerza normal ejercida a los
brazos del eje superior posterior es mayor en magnitud por lo tanto será necesaria una
mayor fuerza para lograr el movimiento, a partir de este instante la fuerza decrece, ya
que la cama se empieza a desplazarse mas en forma horizontal, que en forma vertical
como sucedía en un principio, luego de este tiempo la fuerza necesaria ´para lograr el
movimiento empieza a decrecer hasta alcanzar los 3800 N aproximadamente, a través
de esta simulación podemos concluir que la fuerza del motor inferior posterior será la
suficiente para obtener el movimiento, ya que la misma es de 6000N. En cuanto al
desplazamiento angular realizado por el somier es casi lineal durante la mayor cantidad
de tiempo, observándose un pequeño cambio casi al llegar al final de la posición
aproximadamente a partir de los 12 segundos, esto también se produce por la geometría
de los diferentes brazos que componen el sistema de elevación de la cama.
11
12
13
14
15
16
17D
esp
laza
mie
nto
an
gula
r
Tiempo (sec)
Desplazamiento somier
114
3.3.1.5 Posición Trendelenburg partiendo de una altura media
En esta variante de la posición trendelenburg mientras que el motor inferior anterior
empuja, el motor inferior posterior se recoge, logrando así cumplir el mismo objetivo,
desde una posición diferente de inicio.
Posición inicial
Figura 3-43 Estado inicial de la cama a media altura
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Posición final (Ver figura 3.39)
- Fuerza aplicada por los actuadores inferiores
Figura 3-44 Fuerza aplicada por los actuadores en la posición trendelenburg desde altura media
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
2.700,00
2.900,00
3.100,00
3.300,00
3.500,00
3.700,00
3.900,00
4.100,00
4.300,00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
Fu
erza
-M
ag (
new
ton
)
Tiempo (sec)
Motor inferior posterior
Motor inferior anterior
115
Aunque al final de este movimiento se consigue la misma posición trendelenburg
anteriormente descrita, es simulado como un caso aparte ya que se inicia de una
posición diferente, actuando en este los dos motores inferiores a diferencia de la
posición trendelenburg antes analizada donde solo actúa directamente un solo motor, el
inferior anterior, en este caso el motor inferior anterior igualmente empujará mientras
que el motor inferior posterior recuará, de esta forma obteniéndose una grafica diferente
de fuerzas de los motores, la cual se puede observar en la figura superior, donde al
comenzar el movimiento desde una altura media, la fuerza aplicada por el motor inferior
posterior necesaria para sostener y controlar el avance de la cama decrece en forma no
lineal desde los 4100 hasta los 3700 N aproximadamente; esto se debe principalmente a
la disposición de los brazos del sistema de elevación inferior y a la fuerzas actuantes
sobre el extremo de estos al momento de llevar a cambo dicha posición. El gráfico de la
fuerza del motor inferior anterior, en comparación al grafico de fuerza del motor inferior
posterior, crece de manera casi lineal, esto se debe a que el actuador además de ejercer
fuerza para elevar la parte superior de la cama, también mueve el somier de la cama en
forma horizontal desplazando el centro de gravedad de la cama hacia la parte posterior,
sin afectar mayormente la estabilidad de la estructura de la cama
3.3.1.6 Posición Trendelenburg inverso partiendo de una altura media
La única diferencia con la posición anterior es que ahora el motor inferior anterior
empuja, mientras que el motor inferior posterior recua, logrando obtener al final la
misma posición trendelenburg.
Posición inicial (Ver figura 3.43)
Posición final (Ver figura 3.41)
116
- Fuerza aplicada por los actuadores
Figura 3-45 Fuerza aplicada por los actuadores al realizarse la posición trendelenburg inverso desde altura media.
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
En esta posición al igual que la anterior se parte desde una altura media del somier, se
toma como un caso aparte ya que los motores actuaran de forma contraria a la posición
trendelenburg desde la parte media, ahora el motor inferior anterior halará, mientras que
el motor inferior posterior empujará, los resultados de la fuerzas pueden ser apreciadas
en la grafica comparativa donde la fuerza del motor inferior posterior decrecerá de
forma no lineal desde los 4200 N hasta los 3400 N al completar la carrera total del
pistón del actuador, de igual manera la fuerza ejercida por el motor inferior anterior
decrecerá forma casi lineal desde los 2750 N aproximadamente hasta los 2200 N, la
diferencia de fuerza en los dos actuadores se debe principalmente a la diferencia en la
longitud de los brazos sobre los cuales actúan directamente cada uno de los actuadores,
al igual que en la anteriores simulaciones se comprueba que los actuadores escogidos
con una fuerza erogada de 6000 N son lo suficientemente fuertes como para poder
soportar la carga máxima de diseño sin sufrir daño debido a sobrecargas, o peor aun no
lograr mover el sistema.
2200,002400,002600,002800,003000,003200,003400,003600,003800,004000,004200,00
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
Fu
erza
-M
ag (
new
ton
)
Tiempo (sec)
motor inferior posterior
motor inferior anterior
117
Para las siguientes simulaciones se ha tomado únicamente el somier de la cama, ya que
sobre el mismo se lograran dichas posiciones; de igual forma las fuerzas como
referencia solo son las q actúan sobre cada plano que se mueve durante dicha posición.
3.3.1.7 Posición Fowler
Para lograr esta posición el motor superior anterior ejerce fuerza empujando el
mecanismo que permite el movimiento descrito.
Posición inicial
Figura 3-46 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Posición final
Figura 3-47 Posición final fowler
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
- Fuerza aplicada por el motor superior anterior, desplazamiento y velocidad
angular con carga máxima de diseño
118
Figura 3-48 Fuerza aplicada por el motor superior anterior, desplazamiento y velocidad angular del plano1 en la posición fowler
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
1.900,00
2.100,00
2.300,00
2.500,00
2.700,00
2.900,00
3.100,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Fu
erza
-M
ag (
new
ton
)
motor superior anterior
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Des
pla
zam
ien
to a
ngu
lar
(deg
)
plano superior
3,00
3,20
3,40
3,60
3,80
4,00
4,20
4,40
4,60
4,80
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,011,012,013,014,015,0
Vel
oc. A
ngu
lar
-M
ag (
deg
/sec
)
Tiempo (sec)
plano superior
119
En esta posición interviene directamente el actuador superior anterior el cual ejercerá
una fuerza sobre el brazo correspondiente permitiendo así dicho movimiento en las
graficas se puede observar el comportamiento tanto de la fuerza como el desplazamiento
y velocidad angular del plano 1, la gráfica de la fuerza ejercida por el motor decrece en
forma no lineal desde los 3000 N hasta los 1950 N aproximadamente, esto se debe
principalmente a que la fuerza ejercida por el motor está sobre un miembro el cual no
posee un contacto fijo sobre plano al que moverá si no un contacto de rodadura sobre el
mismo, además la fuerza necesaria para mover el plano 1 será mayor cuando este se
encuentre en posición horizontal, debido a que el peso será mejor distribuido sobre el
plano y a que la resultante horizontal de la longitud del brazo será mayor al inicio del
movimiento, de esta manera generándose un mayor torque, para lo cual será necesaria
una mayor fuerza para lograr el movimiento. El desplazamiento angular tiene una
grafica casi lineal que para efectos prácticos puede ser linealizada, en esta se puede
observar como el plano 1 del somier de la cama parte desde una inclinación de 0 grados
hasta llegar a una inclinación de 45 grados con respecto a la horizontal, cuando se ha
extendido completamente el pistón del actuador lineal correspondiente; con esto se
logra comprobar que la carrera del pistón y la fuerza del actuador son suficientes para
satisfacer los requerimientos iniciales de inclinación para la posición fowler. La gráfica
de velocidad angular es decreciente no lineal desde los 4.7 deg/sec hasta los 3.1 deg/sec,
este comportamiento en la velocidad se debe a que el plano 1 no está sujeto de forma
fija al elemento que entrega la potencia, sino es un contacto por rodadura, además las
articulaciones de giro tanto del plano 1 como del elemento trasmisor de potencia son en
diferentes puntos, por lo cual la velocidad del plano 1 disminuye cuando está llegando a
su posición final.
120
3.3.1.8 Elevación de rodillas
Posición inicial
Figura 3-49 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama para elevación de rodillas
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Posición final
Figura 3-50 Posición final de elevación de rodillas
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
- Fuerza aplicada por el actuador superior posterior, desplazamiento y
velocidades angulares de los planos 3 y 4 bajo con carga máxima de diseño
Figura 3-51 Fuerza aplicada por el motor superior posterior, velocidades y desplazamientos angulares de los planos 3 y 4 en elevación de rodillas
1200,00
1400,00
1600,00
1800,00
2000,00
2200,00
2400,00
2600,00
2800,00
3000,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Fu
erza
-M
ag (
new
ton
)
Tiempo (sec)
motor superior posterior
121
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009
Las partes del somier que actúan en el movimiento de elevación de rodillas son los
planos 3 y 4 siendo el actuador que logra este movimiento el actuador superior posterior
localizado bajo dichos planos, la fuerza ejercida por este decrece en forma lineal a
través del tiempo, empezando en 2800 N hasta llegar a 1300N, este comportamiento de
la fuerza del actuador se debe tal como en la mayoría de movimientos anteriores a la
geometría de los diferentes elementos que actúan para llevar a cabo el movimiento, ya
que el brazo sobre el cual actúa directamente la fuerza al momento de iniciar el
movimiento se encuentra casi en posición horizontal, existiendo de esta manera una
mayor componente de la longitud del brazo sobre la horizontal, generando así mayor
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00V
eloc
idad
an
gula
r -
Mag
(d
eg/s
ec) Velocidad angular
plano 3Velocidad angular plano 24
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0
Des
pla
zam
ien
to a
ngu
lar
(deg
)
Tiempo (sec)
Plano 3
Plano 4
122
torque, y por lo tanto el actuador necesitará de una mayor fuerza para lograr mover la
carga, está decrece con el tiempo a medida que la componente horizontal de la longitud
del brazo disminuye, al aumentar la inclinación del plano 3. El desplazamiento de los
planos 3 y 4, los cuales forman este movimiento puede ser apreciado en la tercera
gráfica donde se observa que sus respectivos trazados son casi lineales, estos planos
correspondientes a los muslos y pantorrillas respectivamente se encuentran unidos
mediante 2 pasadores, por lo cual se mueven solidariamente en dirección opuesta,
partiendo desde 180° hasta los 130° el desplazamiento del plano 3, mientras que el
plano 4 parte desde los 0° hasta los 40° con respecto a la horizontal, el desplazamiento
menor por parte del plano 4 se debe a que su longitud con respecto a la del plano 3 es
mayor. Las velocidades angulares de los planos 3 y 4 se observan en la segunda gráfica
donde se aprecia que cada una de las mismas decrece en forma no lineal; para el plano 3
la velocidad angular decrece desde los 7.6 deg/sec hasta los 6.1 deg/sec, esto sucede a
los 7 segundos de empezar el movimiento, para luego aumentar la velocidad angular
hasta los 6.5 deg/sec en el final del movimiento, este cambio en la velocidad angular se
debe a la forma en la cual esta acoplado el plano 3 al mecanismo del brazo que
transmite la fuerza necesaria para lograr esta posición; en cuanto a la velocidad angular
del plano 4 decrece desde los 5,8 deg/sec hasta los 4,4 deg/sec. Esta simulación permite
ver que la fuerza del actuador escogido es más que suficiente y no tendrá ningún
inconveniente al trabajar el mismo entrega hasta 6000 N siendo necesarios únicamente
para este movimiento una fuerza máxima de hasta 3000 N aproximadamente.
3.3.2 Simulaciones de la balanza
Las simulaciones de la balanza están realizadas en Proteus, al no encontrar una celda de
carga como elemento simulable dentro del programa, esta fue remplazada por entradas
de señal en el rango de los mili voltios para luego ser amplificadas,
misma función de las celdas.
3.3.2.1 Simulación amplificación señal de las celdas de carga
La entradas de las celdas de carga están simuladas como entradas de voltaje DC
diferentes las cuales son amplificadas, se pueden observar sus valores antes de la
amplificación en el voltímetro 4 y 5
de voltaje ya amplificado
diferencia de voltaje en las entradas 4 y 5
entrada del comparador de señal
Posterior a la amplif
ingresa al comparador
con una referencia de 2.5V, y enviada a uno de los
4
123
de señal en el rango de los mili voltios para luego ser amplificadas,
misma función de las celdas.
Simulación amplificación señal de las celdas de carga
La entradas de las celdas de carga están simuladas como entradas de voltaje DC
diferentes las cuales son amplificadas, se pueden observar sus valores antes de la
n el voltímetro 4 y 5 y el valor ya amplificado en voltímetro 1
de voltaje ya amplificado coincide con el valor calculado con la resistencia R7 y la
cia de voltaje en las entradas 4 y 5 del amplificador. Este valor se envía
comparador de señal.
Figura 3-52 Amplificación celdas de carga
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7
Posterior a la amplificación de la señal proveniente de las celda
comparador donde a través de un arreglo de amplificadores,
con una referencia de 2.5V, y enviada a uno de los dos pines RA0 o RA1
5
de señal en el rango de los mili voltios para luego ser amplificadas, emulando así la
La entradas de las celdas de carga están simuladas como entradas de voltaje DC
diferentes las cuales son amplificadas, se pueden observar sus valores antes de la
l valor ya amplificado en voltímetro 1. El valor
coincide con el valor calculado con la resistencia R7 y la
del amplificador. Este valor se envía a la
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7
celdas de carga, la señal
a través de un arreglo de amplificadores, es comparada
pines RA0 o RA1 del
1
microcontrolador, dependiendo del valor que esta señal tome, si la misma es mayor a
2.5 V es enviada a RA1, de lo contrario si la señal es menor a 2.5 V es enviada por el
pin RA0, para luego ser procesada en el microcontrolador y mostrada al operador.
3.3.2.2 Inicialización de la balanza
Al encender la balanza, parpadeará el LED para saber que arrancó el programa para
luego aparecer en la pantalla LCD el mensaje “SISTEMA DE PESAJE CAMA UCI”
3.3.2.3 Muestra del peso muerto de la cama
Luego de mostrarse por 5 segundos el mensaje de la pantalla anterior aparece el peso
muerto de la cama en el display es decir el peso sin el paciente en la cama.
1
124
microcontrolador, dependiendo del valor que esta señal tome, si la misma es mayor a
2.5 V es enviada a RA1, de lo contrario si la señal es menor a 2.5 V es enviada por el
pin RA0, para luego ser procesada en el microcontrolador y mostrada al operador.
icialización de la balanza
Al encender la balanza, parpadeará el LED para saber que arrancó el programa para
luego aparecer en la pantalla LCD el mensaje “SISTEMA DE PESAJE CAMA UCI”
Figura 3-53 Simulación pantalla 1
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7
Muestra del peso muerto de la cama
Luego de mostrarse por 5 segundos el mensaje de la pantalla anterior aparece el peso
muerto de la cama en el display es decir el peso sin el paciente en la cama.
2 1
3
LED
microcontrolador, dependiendo del valor que esta señal tome, si la misma es mayor a
2.5 V es enviada a RA1, de lo contrario si la señal es menor a 2.5 V es enviada por el
pin RA0, para luego ser procesada en el microcontrolador y mostrada al operador.
Al encender la balanza, parpadeará el LED para saber que arrancó el programa para
luego aparecer en la pantalla LCD el mensaje “SISTEMA DE PESAJE CAMA UCI”.
orado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7
Luego de mostrarse por 5 segundos el mensaje de la pantalla anterior aparece el peso
muerto de la cama en el display es decir el peso sin el paciente en la cama. Ya que las
LED
celdas están siempre midiendo el peso de toda la estructura y lo que sobre esta se
asiente, el peso muerto de la cama será siempre cambiante,
todo lo que compone la estructura sea constante, lo que se
cambiará el peso, esto es por ejemplo el menaje de la cama, equipos e instrumentos de
soporte para el paciente que estén colocado
peso muerto de todo
un valor constante. El voltaje de salida del amplificador se muestra en el voltímetro 1
es una señal CC que se obtiene de las celdas de carga, el voltímetro 2 muestra
diferencia de voltaje entre la señal amplificada y la referencia de voltaje que en este
caso es de 2,5 V CC, esta ingresará por el pin RA1; por ultimo en el voltímetro 3 se
aprecia el mismo valor de la señal amplificada luego de pasar por un
y que ingresara al pin RA0.
misma se muestra en las siguientes figuras.
1
125
celdas están siempre midiendo el peso de toda la estructura y lo que sobre esta se
asiente, el peso muerto de la cama será siempre cambiante, ya que aunque el peso de
todo lo que compone la estructura sea constante, lo que se coloque sobre el somier
el peso, esto es por ejemplo el menaje de la cama, equipos e instrumentos de
orte para el paciente que estén colocados sobre el cama, de esta manera variando el
todo el conjunto, por esta razón no se a colocado
. El voltaje de salida del amplificador se muestra en el voltímetro 1
que se obtiene de las celdas de carga, el voltímetro 2 muestra
diferencia de voltaje entre la señal amplificada y la referencia de voltaje que en este
caso es de 2,5 V CC, esta ingresará por el pin RA1; por ultimo en el voltímetro 3 se
aprecia el mismo valor de la señal amplificada luego de pasar por un
y que ingresara al pin RA0. Teniendo como base la figura 3-53 lo que difiere de la
misma se muestra en las siguientes figuras.
Figura 3-54 Simulación peso muerto
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7
2
celdas están siempre midiendo el peso de toda la estructura y lo que sobre esta se
ya que aunque el peso de
coloque sobre el somier
el peso, esto es por ejemplo el menaje de la cama, equipos e instrumentos de
sobre el cama, de esta manera variando el
por esta razón no se a colocado el peso muerto como
. El voltaje de salida del amplificador se muestra en el voltímetro 1,
que se obtiene de las celdas de carga, el voltímetro 2 muestra la
diferencia de voltaje entre la señal amplificada y la referencia de voltaje que en este
caso es de 2,5 V CC, esta ingresará por el pin RA1; por ultimo en el voltímetro 3 se
aprecia el mismo valor de la señal amplificada luego de pasar por un seguidor de voltaje
53 lo que difiere de la
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7
3
3.3.2.4 Encerado de la balanza
Al presionar el botón encerar
de estado de 1 a cero, lo cual permite de acuerdo a la programación copiar el
se tenía en la variable
display, el valor de la variable tara no será cambiante ya que únicamente se graba el
valor que haya estado en la variable peso al momento de encerar la balanza
de copiar este valor es almacenar el peso muerto de la cama y encerar la balanza para
pesar únicamente al paciente
valores mostrados en cada uno de los voltímetros tampoco cambiarán
3.3.2.5 Obtención del peso del paciente
Luego de presionar el botón pesar, la balanza de forma automática resta el peso muerto
de la cama y muestra en la pantalla la balanza ya encerada. Aunque luego del
amplificador continuamos teniendo un valor de voltaje correspondiente al peso de la
cama. En esta parte se observa ya la balanza encerada y lista para recibir el medir el
1
126
Encerado de la balanza
Al presionar el botón encerar conectado al pin RD0 del PIC, este pin sufre un cambio
de estado de 1 a cero, lo cual permite de acuerdo a la programación copiar el
la variable peso a la variable tara, evidenciándose también este cambio en el
la variable tara no será cambiante ya que únicamente se graba el
valor que haya estado en la variable peso al momento de encerar la balanza
de copiar este valor es almacenar el peso muerto de la cama y encerar la balanza para
al paciente. Como el peso muerto no ha sufrido ningún cambio los
valores mostrados en cada uno de los voltímetros tampoco cambiarán
Figura 3-55 Simulación de encerado
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7
Obtención del peso del paciente
Luego de presionar el botón pesar, la balanza de forma automática resta el peso muerto
de la cama y muestra en la pantalla la balanza ya encerada. Aunque luego del
amplificador continuamos teniendo un valor de voltaje correspondiente al peso de la
esta parte se observa ya la balanza encerada y lista para recibir el medir el
2
conectado al pin RD0 del PIC, este pin sufre un cambio
de estado de 1 a cero, lo cual permite de acuerdo a la programación copiar el valor que
, evidenciándose también este cambio en el
la variable tara no será cambiante ya que únicamente se graba el
valor que haya estado en la variable peso al momento de encerar la balanza, el objetivo
de copiar este valor es almacenar el peso muerto de la cama y encerar la balanza para
Como el peso muerto no ha sufrido ningún cambio los
valores mostrados en cada uno de los voltímetros tampoco cambiarán
por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7
Luego de presionar el botón pesar, la balanza de forma automática resta el peso muerto
de la cama y muestra en la pantalla la balanza ya encerada. Aunque luego del
amplificador continuamos teniendo un valor de voltaje correspondiente al peso de la
esta parte se observa ya la balanza encerada y lista para recibir el medir el
3
peso del paciente que se coloque sobre el lecho de la cama, al continuar presionando el
botón “pesar”, el resultado será el mismo siempre y cuando no se haya adicionado peso
al último medido. Al igual que en la simulación anterior los valores del peso no hay
cambiado por lo tanto los valores mostrados en los voltímetros serán iguales.
Figura 3-56
3.3.2.6 Peso del paciente
Al encontrarse el paciente sobre el lecho de la cam
un desbalance mayor del puente
entradas del amplificador, siendo esta señal amplificada; al presionar nuevamente el
botón “pesar” la señal proveniente del amplifica
microcontrolador a través del modulo A/D, para luego mostrarse el peso equivalen
dicha señal en el display. Los valores del cambio de peso se pueden apreciar ahora en
los voltímetros, se observa en el voltímetro 1 como ha aume
la señal proveniente de las celdas de carga
también los valores en los otros voltímetros
1
127
peso del paciente que se coloque sobre el lecho de la cama, al continuar presionando el
botón “pesar”, el resultado será el mismo siempre y cuando no se haya adicionado peso
Al igual que en la simulación anterior los valores del peso no hay
cambiado por lo tanto los valores mostrados en los voltímetros serán iguales.
56 Simulación de la obtención de peso sin carga adicional
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7
Peso del paciente
el paciente sobre el lecho de la cama, en las celdas de carga se producirá
mayor del puente, lo que aumentará la diferencia de voltaje entre las
entradas del amplificador, siendo esta señal amplificada; al presionar nuevamente el
botón “pesar” la señal proveniente del amplificador será procesada por el
microcontrolador a través del modulo A/D, para luego mostrarse el peso equivalen
dicha señal en el display. Los valores del cambio de peso se pueden apreciar ahora en
los voltímetros, se observa en el voltímetro 1 como ha aumentado el valor de voltaje de
la señal proveniente de las celdas de carga, y por consiguiente como han cambiando
también los valores en los otros voltímetros.
2
peso del paciente que se coloque sobre el lecho de la cama, al continuar presionando el
botón “pesar”, el resultado será el mismo siempre y cuando no se haya adicionado peso
Al igual que en la simulación anterior los valores del peso no hay
cambiado por lo tanto los valores mostrados en los voltímetros serán iguales.
Simulación de la obtención de peso sin carga adicional
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7
a, en las celdas de carga se producirá
la diferencia de voltaje entre las
entradas del amplificador, siendo esta señal amplificada; al presionar nuevamente el
dor será procesada por el
microcontrolador a través del modulo A/D, para luego mostrarse el peso equivalente a
dicha señal en el display. Los valores del cambio de peso se pueden apreciar ahora en
ntado el valor de voltaje de
, y por consiguiente como han cambiando
3
Figura
Se puede continuar pesando al paciente las veces que sea necesario, y se mostrara en la
pantalla el nuevo peso del paciente.
Este peso será enviado
presionar los botones “pesar” y “tara” al mismo tiempo se reiniciara todo el sistema,
siendo necesario repetir todo el proceso anterior para volver a obtener solo el peso de
paciente, esta función debe ser utilizada al momento de cambiar de paciente en la cama,
o colocar objetos sobre el lecho de la cama que cambien al peso muerto de la
1
128
Figura 3-57 Simulación de pesado de paciente
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7
Se puede continuar pesando al paciente las veces que sea necesario, y se mostrara en la
pantalla el nuevo peso del paciente.
será enviado en forma serial hacia la PC donde también será mostrado. Al
presionar los botones “pesar” y “tara” al mismo tiempo se reiniciara todo el sistema,
siendo necesario repetir todo el proceso anterior para volver a obtener solo el peso de
paciente, esta función debe ser utilizada al momento de cambiar de paciente en la cama,
o colocar objetos sobre el lecho de la cama que cambien al peso muerto de la
2
Simulación de pesado de paciente
Elaborado por: Patricio Cevallos A. SIS 7
Se puede continuar pesando al paciente las veces que sea necesario, y se mostrara en la
en forma serial hacia la PC donde también será mostrado. Al
presionar los botones “pesar” y “tara” al mismo tiempo se reiniciara todo el sistema,
siendo necesario repetir todo el proceso anterior para volver a obtener solo el peso del
paciente, esta función debe ser utilizada al momento de cambiar de paciente en la cama,
o colocar objetos sobre el lecho de la cama que cambien al peso muerto de la misma.
3
129
CAPÍTULO IV
4. COSTRUCCIÓ DEL PROTOTIPO
4.1 Construcción de la Parte Mecánica
Materiales:
• 4.80 m. de ángulo tipo ASTM A 36 de 50 x 50 x 6 mm.
• 3.04 m. eje de acero AISI 4140 de 30 mm de diámetro.
• 1.20 m. de tubo de vapor cedula 40.
• 1.80 m. de ángulo de 25 x 25 x 3 mm.
• 1.40 m. de platina de 50 x 3 mm.
• 0.50 m. de platina de 30 x 3 mm.
• platina de 50 x 6 mm.
• 0.16 m. de platina de 40 x 6 mm.
• 0.44 m. de platina de 10 x 5 mm.
• ½ kilo de electrodos 6011.
• ½ kilo de electrodos 7018.
• 32 pernos 5/16 x una pulgada con tuercas.
• 12 pernos milimétricos de 10 x 50 mm con tuercas.
• 16 pernos avellanados milimétricos de 6 x 20 mm.
• 16 pernos milimétricos de 6 x 20 mm.
• Arandelas.
• Paneles de triplex con recubrimiento de melamínico.
130
• Somier, cabecero y piecero reciclados de cama manual.
Construcción:
- Se procede a cortar el ángulo de 50 x 50 x 6 en 2 segmentos de 1.70 m. y 2
segmentos de 0.70 m. cada uno, con cortes de 45 grados en los extremos de tal
manera que permitan formar el ensamblaje con esquinas a 90°.
- Con los 4 segmentos se forma una base rectangular la cual debe ser bien
nivelada para soldarse con electrodos 6011 debidos a las características del
material y a las fuerzas que será sometida esta base.
- Luego se realizan las perforaciones con broca de 6 mm. 4 por cada esquina de la
base de tal forma que permitan anclarse las celdas de carga.
- Se realiza el corte del tubo de vapor en 2 segmentos de 0.60 m. cada uno los
mismos que se sueldan a la base de acuerdo al plano.
- Entre los tubos se suelda la platina de 30 x 3 mm. de una longitud de 0.47 m.
con electrodos 6011, sobre la cual se colocarán los motores en los orificios de 10
mm. practicados en los extremos de la platina.
- De la platina de 50 x 6 se obtienen 4 segmentos de 257mm., 4 segmentos de 302
mm., 4 segmentos de 190 mm. 2 segmentos de 180 mm. y 2 segmentos de 360
mm. que se utilizaran como brazos de los ejes con los cuales se realizara la
elevación de la cama.
131
- A cada uno de estos segmentos se perforan orificios de 30 mm. de diámetro en
uno de los extremos, estos orificios se los realiza con la ayuda de una fresadora
debido a que no se posee la broca ni el taladro de banco apropiado.
- En el otro extremo de las platinas de 257mm, 302mm y 190 mm. se practican un
orificio de 10 mm. de diámetro por donde pasará el eje que permitirá la
movilidad de la articulación, mientras que para las platinas de 180 mm. y 360
mm. se practican orificios de 11.5 mm. de diámetro en los cuales se alojarán los
bocines.
- El eje de acero de 30 mm. se corta en 2 segmentos de 870 mm y 2 segmentos
670 mm
- En uno de los segmentos de eje de 870 mm. se colocan las 4 platinas de 257
mm. como se indica en el plano, mientras que en el otro segmento del eje de 87
mm. se colocan las 4 platinas de 302 mm. a la misma distancia que las platinas
del otro eje de similar tamaño, cada uno de los juegos de platinas deben ser
colocados en forma paralela entre las mismas y perpendiculares al eje, las
mismas que son soldadas con electrodos 7018 debido al tipo de material con el
cual están construidos los ejes y las fuerzas que se presentarán en las uniones.
- En los ejes más cortos (670 mm.) se colocan 2 platinas de 190 mm. lo más
cercano al centro del eje y de forma paralela entre ellas, estas permitirán anclar
el pistón del actuador; luego se colocan las 2 platinas de 180 y 360 mm en cada
uno de los extremos de los ejes, el ángulo que debe formarse entre las platinas
que se encuentran en la parte central con las de los extremos deberá ser de 120 º
132
de igual manera que en los ejes largos estas piezas se sueldan con electrodos
7018.
- Con 8 segmentos de 15 cm. cada uno, cortados de la platina de 50 x 3 mm., por
doblado se fabrican las chumaceras que sostendrán a los ejes en su posición
tanto en la base como en el somier de la cama, en la parte plana de cada una de
ellas se perforan cuatro orificios de 3/8 de pulgada. En dos chumaceras que
soportarán al eje en la parte inferior del somier de la cama, se les hará un orificio
adicional que servirá para fijar y restringir el movimiento del eje.
- Con el taladro de mesa y una broca de 3/8 se realizan perforaciones en la base y
somier de la cama, cuatro perforaciones por chumacera de acuerdo a las
distancias presentadas en el plano.
- Se retiran los resortes y se enderezan los travesaños del lecho de la cama
(reciclada) y se procede a soldar en el somier de la cama 2 segmentos de ángulo
de 25 x 25 x3 con una longitud de 870 mm. los que servirán de soporte para los
motores que ejecutarán las posiciones fowler y elevación de rodillas.
- Se cortan las patas del piecero y cabecero de la cama original y se sueldan
soportes para poder sujetarlos al somier de la cama.
- Se retiran la escoria de la suelda, se esmerila las uniones para una mejor
uniformidad y se redondea las esquinas de las diferentes piezas que componen el
ensamble.
- Se procede a pintar cada una de las partes de la estructura.
133
- Se ensambla la estructura de acuerdo a los planos de despiece presentados en el
manual técnico, previamente deben engrasarse las partes que tendrán
movimiento.
- Se colocan cada uno de los motores en las posiciones especificadas, se conectan
al control y la batería localizados en la caja de la base de la cama.
- Finalmente se cortan piezas del triplex con el recubrimiento melamínico en
dimensiones de 0.89 x 0.69; 0.89 x 0.30; 0.89 x 0.29 y 0.89 x 0.48 m. las
mismas son colocadas sobre cada uno de los planos que conforman el somier y
son ajustadas con tornillos.
4.2 Construcción de la Balanza
Materiales:
• 12 borneras de 2 entradas.
• 1 potenciómetro de precisión de 2 k y 5 k respectivamente.
• Resistencias de 270 k, 1k, 22k, 3k, 330 y 100Ω.
• 2 diodos 4007.
• Capacitores de 22 pF, 2200 pF, 68000 pF.
• Capacitores electrolíticos de 1 uf, 1000 uf, 0.1 uf, 10uf.
• 1 clock de 4 Mhz.
• 1 switch.
• 3 pulsadores.
• 1 potenciómetro de 10 k.
• 1 juego de espadines macho y hembra.
134
• 1 LCD de 16 x 2.
• 25 cm. de cable de 14 hilos.
• 2 conectores ICD.
• 1 led bicolor.
• 1 conector DB9 macho.
• 1 microcontrolador PIC 16F877A.
• 1 MAX 232.
• 1 amplificador de instrumentación AD620.
• 1 amplificador TL084.
• 1 baquelita.
• 1 fuente de poder de computadora.
Construcción
- Se realiza el diseño en Proteus, se simula y se obtiene el ruteado del circuito en
Ares, luego se procede a quemar sobre las baquelitas el diseño del PCB
obtenido, se practican cada uno de los orificios y se suelda los elementos de
acuerdo a su ubicación especifica.
- Con el circuito terminado se conectan en las borneras las celdas de carga,
tomando siempre en cuenta los cables de alimentación, de conexión a tierra,
señales positivas y negativas así como el cable de blindaje.
- Mediante el cable de 14 hilos se conecta la placa de control con la placa de
display.
- Finalmente se conecta la fuente de poder a la placa de control.
135
4.3 MAUAL DE SERVICIO
Este manual está dirigido hacia las personas encargadas del mantenimiento y reparación
de este tipo de equipo, en el mismo constan procedimientos y recomendaciones para las
soluciones de los problemas presentados en el prototipo.
4.3.1 Procedimiento para la Resolución de Problemas
Siga la secuencia línea por línea (cada paso previo se asume que el paso anterior ha sido
completado). En cada paso la operación normal de la cama puede ser respondida con un
sí o no, de la repuesta dependerá el siguiente paso a seguir, un procedimiento de
reparación y análisis o un reemplazo de componentes, si más de un componente es el
dañado reemplácelos en el correspondiente orden.
Para empezar la recolección de datos sobre el problema empiece con la acciones
iniciales. Utilice las funciones de chequeo para resolver o identificar un problema y
estar seguro de su reparación, realice las acciones finales después del chequeo de
funciones para asegurar la correcta reparación del problema.
- Acciones Iniciales
Use las acciones iniciales para recopilar datos sobre los problemas con la cama, anote
los síntomas u otros datos que describe el operador estos datos ayudaran a identificar la
más posible causa.
1. Está disponible alguien que pueda explicar el problema?
Si o (Ir al chequeo de funciones)
2. Pregunte a esta persona que indique o explique el problema este problema puede
ser demostrado?
Si o (Ir al chequeo de funciones)
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Todas las fotos y tablas son propiedad del autor.
136
3. El problema es el resultado de una operación incorrecta del operario?
Si o (Ir al chequeo de funciones)
4. Capacítese al operario a través del manual de usuario. Para asegurar que la cama
opera correctamente realice el chequeo de funciones.
- Chequeo de Funciones
1. La cama y la balanza se encuentran conectados a la fuente de poder correcta?
Si o (Conecte la cama a la fuente de poder correcta, si el problema es
solucionado vaya a las acciones finales caso contrario siga con el siguiente paso.)
2. Pruebe las funciones de subir y bajar la cama. Todas la funciones de subir y
bajar la cama operan correctamente?
Si o (Asegurarse que todas las funciones de la cama no están bloqueadas si el
problema es solucionado vaya a las acciones finales caso contrario siga con el
siguiente paso.)
3. Presione el botón de elevación de espalda, la sección de la espalda se eleva?
Si o ( Vaya a ;o Opera la Posición Fowler de la Cama)
4. Presiones el botón de bajar la espalda, la sección de la espalda baja?
Si o (Vaya a ;o Opera la Posición Fowler de la Cama)
5. Presione el botón de subir rodillas, la sección de rodillas se eleva?
Si o (Vaya a ;o Opera la Función de Elevación de las Rodillas)
6. Presione el botón de bajar las rodillas, la sección de rodillas baja?
Si o (Vaya a ;o Opera la Función de Elevación de las Rodillas)
137
7. Presione el botón de subir la cama, esta subió?
Si o (Vaya a Subir y Bajar la Cama no Funciona)
8. Presione el botón de bajar la cama, esta bajó?
Si o (Vaya a Subir y Bajar la Cama no Funciona)
9. Con la cama en cualquier posición presione el botón trendelenburg la cama
adoptó esta posición?
Si o (Vaya a la Posición Trendelenburg no opera)
10. Con la cama en cualquier posición presione el botón trendelenburg inverso, la
cama adoptó esta posición?
Si o (Vaya a la Posición Trendelenburg inverso no opera)
11. Si la cama está frenada y la dirección bloqueada presione cada uno de los frenos
localizados en las llantas, la cama se puede mover libremente?
Si o (Revisar cada una de las llanta y reemplace las llantas que no operen de
forma correcta.)
12. Se inicializó correctamente la balanza y se realizó la función de tara?
Si o (Vaya a Función de la Balanza no opera correctamente)
13. La balanza se encuentra encendida y al momento de pesar al paciente este se
muestra en el display.
Si o (Vaya a Función de la Balanza no opera correctamente)
14. Se envió el dato del peso del paciente al computador.
Si o (Vaya a Función de la Balanza no opera correctamente)
138
15. Vaya a acciones finales.
inguna de las Posiciones de la Cama Funciona
1. Desconecte la cama del suministro eléctrico y deje que esta se enfríe por 20
minutos, conecte la cama nuevamente, la funciones de la cama no operan?
Si o (Vaya a las acciones finales)
2. El cable de poder está sujeto firmemente al conector en la caja de control?
Si o (Conecte firmemente el cable a los conectores en la caja de control, si
esto corrige el problema vaya a las acciones finales, caso contrario siga con el paso 4)
3. Todos los conectores de la caja de control están firmemente conectados?
Si o (Conecte firmemente todos los conectores en la caja de control, si esto
soluciona el problema vaya a las acciones finales, caso contrario siga con el siguiente
paso)
4. Chequee los fusibles en la caja de control localizado en la base de la cama, los
fusibles están bien?
Si o (Reemplace los fusibles adecuadamente)
5. Reemplace la caja de control si esto corrige el problema vaya a las acciones
finales caso contrario contacte al proveedor de la cama.
o Opera la Posición Fowler de la Cama
1. Al presionar los botones de elevación de la espalda se queda inmóvil esta
sección de la cama?
Si o (Vaya a las acciones finales)
139
2. Conecte firmemente el conector del control y del motor correspondiente a la caja
de control. No opera la función de elevación de la espalda.
Si o (Vaya a las acciones finales)
3. Se escucha un clic en la caja de control al presionar los botones de subir y bajar
el espaldar?
Si o (Cambie el mando de control)
4. Quitar el motor y verificar si no se encuentra bloqueado el mecanismo de
elevación.
Si o (Lubrique y desbloquee el mecanismo)
5. Reemplace el motor. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
6. Llame al distribuidor de la cama.
o Opera la Función de Elevación de las Rodillas
1. Al presionar los botones de elevación de las rodillas se queda inmóvil esta
sección de la cama?
Si o (Vaya a las acciones finales)
2. Conecte firmemente el conector del control y del motor correspondiente a la caja
de control. No opera la función de elevación de las rodillas.
Si o (Vaya a las acciones finales)
3. Se escucha un clic en la caja de control al presionar los botones de subir y bajar?
Si o (Cambie el mando de control)
140
4. Verifique que el plano inferior no se encuentre bloqueado a causa del
atascamiento tanto del rodamiento o de la barra que permite el cambio de
posición.
Si o (Mueva suavemente el plano inferior de la cama hasta desbloquear el
rodamiento o la barra)
5. Quitar el motor y verificar si no se encuentra bloqueado el mecanismo de
elevación.
Si o (Lubrique y desbloquee el mecanismo)
6. Reemplace el motor. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
7. Llame al distribuidor de la cama.
Subir y Bajar la Cama no Funciona
1. Al presionar los botones de subir o bajar la cama esta se queda inmóvil?
Si o (Vaya a las acciones finales)
2. Conecte firmemente los conectores del control y los motores. No operan las
funciones?
Si o (Vaya a las acciones finales)
3. Se escucha un clic en la caja de control al presionar los botones de subir y bajar
el espaldar?
Si o (Cambie el mando de control)
141
4. Quite los motores y verifique si no se encuentra bloqueado el mecanismo de
elevación.
Si o (lubrique y desbloquee el mecanismo)
5. Revise que las articulaciones de los brazos de elevación se encuentren libres al
movimiento y estén debidamente engrasadas.
Si o (Centre cada uno de los brazos y afloje las tuercas de los ejes hasta
obtener un movimiento deseado).
6. Reemplace el o los motores que no presenten movimiento. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
7. Llame al distribuidor de la cama.
Posición Trendelenburg no opera
1. Al presionar el botón de trendelenburg el somier de la cama no toma el ángulo
correcto respecto al horizontal?
Si o (Vaya a las acciones finales)
2. El conector del control y del motor localizado en la base hacia la cabecera de la
cama, están firmemente conectados?
Si o (Conéctelos a la caja de control, si el problema persiste continúe con el
siguiente paso)
3. Opera normalmente la funciones de subir y bajar la cama?
Si o (Revise el correcto funcionamiento del motor indicado)
4. Se escucha un clic en la caja de control al presionar el botón?
Si o (Cambie el mando de control)
142
5. Quite el motor y verifique si no se encuentra bloqueado el mecanismo de
elevación.
Si o (Lubrique y desbloquee el mecanismo)
6. Revise que las articulaciones de los brazos de elevación se encuentren libres al
movimiento y estén debidamente engrasadas.
Si o (Centre cada uno de los brazos y afloje las tuercas de las chumaceras
hasta obtener un movimiento deseado).
7. Reemplace la caja de control. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
8. Reemplace el motor. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
9. Llame al distribuidor de la cama.
Posición Trendelenburg inverso no opera
1. Al presionar el botón de trendelenburg inverso el somier de la cama no toma el
ángulo correcto respecto al horizontal?
Si o (Vaya a las acciones finales)
2. El conector del control y del motor localizado en la base hacia la cabecera de la
cama, están firmemente conectados?
Si o (Conéctelos a la caja de control, si el problema persiste continúe con el
siguiente paso)
3. Opera normalmente la funciones de subir y bajar la cama?
Si o (Revise el correcto funcionamiento del motor indicado)
143
4. Se escucha un clic en la caja de control al presionar el botón?
Si o (Cambie el mando de control)
5. Quite el motor y verifique si no se encuentra bloqueado el mecanismo de
elevación.
Si o (Lubrique y desbloquee el mecanismo)
6. Revise que las articulaciones de los brazos de elevación se encuentren libres al
movimiento y estén debidamente engrasadas.
Si o (Centre cada uno de los brazos y afloje las tuercas de los ejes hasta
obtener un movimiento deseado).
7. Reemplace la caja de control. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
8. Reemplace el motor. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
9. Llame al distribuidor de la cama.
Función de la Balanza no opera correctamente
1. La cama se encuentra en la posición más baja y nivelada con respecto al piso?
Si o (Nivele y coloque la cama en la posición más baja)
2. La fuente de poder de la balanza se encuentra correctamente conectada?
Si o (Conéctela firmemente a la fuente de alimentación)
3. Al encender la balanza se muestra en el display el mensaje “Sistema de Balanza
cama UCI” y pasa inmediatamente a la siguiente pantalla?
Si o (Continúe con el paso 10)
144
4. El peso que aparece en la pantalla es congruente con los objetos colocados sobre
la cama?
Si o (Vaya al paso 7)
5. Al presionar el botón tara paso el mismo valor numérico del peso?
Si o (Cambie la tarjeta de control)
6. Al presionar el botón pesar y sin colocar ningún otro objeto sobre la cama
aparece un valor diferente de 0?
Si o (Vaya a acciones finales)
7. Al colocar un peso patrón sobre la cama el peso mostrado en el dispaly no
coincide con el peso patrón?
Si o (Vaya a acciones finales)
8. Ajuste el potenciómetro localizado en la placa para la calibración de la balanza.
Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
9. Se encuentra conectado correctamente el control de la balanza a la fuente de
poder?
Si o (Conecte adecuadamente la fuente de poder al circuito de control
tomando en cuenta los voltajes y polaridades)
10. Se enciende el módulo del display y se encuentra conectado al control de la
balanza?
Si o (Conecte correctamente el cable)
11. El cable de conexión no presenta daños en su estructura?
145
Si o (Cambie el cable)
12. Desconecte todas las celdas de carga de la placa de control de la balanza y revise
las impedancias de los cables de señal y de alimentación, ¿coinciden por las
dadas del fabricante?
Si o (Continúe con el paso 14)
13. Cambie la tarjeta de control. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
14. Cambie las celdas dañadas. Persiste el problema?
Si o (Vaya a acciones finales)
15. Póngase en contacto con el proveedor.
- Acciones finales
1. Realice un mantenimiento preventivo a la cama, engrasando las partes que
tienen movimiento y revisando que las diferentes partes que componen el equipo
se encuentren en buen estado.
2. Documéntese el problema y las acciones tomadas, para llevar un registro y
control.
Para una mejor comprensión de este manual guíese por el diagrama de flujo para la
resolución de problemas mostrado en la siguiente figura.
148
4.3.2 Ensamblaje de la Cama
1. En él extremo de las celdas de carga identificado por una flecha se acoplan las
platinas de conexión con los pernos avellanados de cabeza Allen de 6 mm. los
mismos que se ajustan con un torque máximo de 10 N.
2. A cada platina de conexión se sujeta una garrucha con el respectivo cubre celda
a través de pernos 5/16 por 1/2 pulgada. El procedimiento aquí descrito se puede
apreciar en la figura 4.1.
3. Sobre un par de bancos se coloca la base de la cama; en cada esquina de la base
se colocan los separadores de la celda de carga y la base, procurando que los
orificios de la base, el separador y la celda queden alineados para luego ajustarse
a través de los pernos cabeza Allen de 6 mm. Esto se puede ilustrar con el
despiece de la base en la figura 4.2.
4. En cada uno de los brazos del elevador inferior A se coloca el bocín de plástico
en el orificio de 11.5 mm.
5. Se procede a unir el elevador inferior A con el elevador superior A mediante
pernos colocados en los orificios de los brazos que permiten formar la
articulación.
6. De igual manera a los pasos 4 y 5 se procede con la colocación de bocines en el
elevador inferior B y la unión con el elevador suprior B.
7. El elevador superior A se une al somier de la cama por medio de las chumaceras
las mismas que son ajustadas con pernos de 5/16. Se debe lubricar las
chumaceras y las puntas del eje para que permitan un movimiento suave del eje
de mayor longitud.
149
8. Se coloca el elevador B, a diferencia del elevador A se deben ajustar las
chumaceras al somier de la cama para restringir parcialmente el movimiento del
eje de mayor longitud, además se cruzará un perno en los extremos del eje
superior de 3/8 atravesando también el somier y la chumacera. Se debe procurar
que el ángulo formado entre los brazos del elevador superior B y el somier de la
cama sea de 25 a 30°.
9. Con la ayuda de otra persona se procede a bajar de los bancos la base de la
cama, para colocar el somier sobre los mismos.
10. Los ejes inferiores se debe procurar que queden centrados en los huecos de la
base de la cama, para luego colocar sobre los ejes las chumaceras y ajustar a la
base con los pernos 5/16.
11. Cada uno de las fijaciones traseras de los actuadores de 100 mm. de carrera se
colocan en los extremos de la platina ubicada en el centro de la base de la cama
por medio de un perno de 10 mm. de diámetro. Los vástagos de los actuadores
se fijan entre las platinas ubicadas en el centro de los ejes, de igual manera
mediante pernos de 10 mm.
12. El actuador de 132 mm. de carrera es utilizado para realizar la posición fowler y
es colocado en el somier de la cama.
13. El actuador de 77 mm. de carrera para que realice el movimiento de elevación de
rodillas se coloca en el somier de la cama, todo lo antes descrito se lo puede
observar de forma grafica en la figura 4.3.
14. Se atornillan cada una de las piezas de melamínico, de acuerdo a las medidas
sobre cada uno de los planos que conforman la cama.
150
15. Se coloca el cabero y piecero de la cama sobre los extremos de la misma, y se
ajustan firmemente al somier través de los pernos de 9/16 de pulgada localizados
en cada esquina del mismo. La colocación tanto de los tableros de melamínico
como el cabero y piecero se lo puede observar en la figura 4.4.
4.3.3 Despiece
En esta sección se muestra la posición en la cual están colocadas cada una de las piezas
con las que se forma el prototipo.
Despiece rueda/celda
Figura 4-2 Despiece rueda/celda
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009.
151
Despiece de la base
Figura 4-3 Despiece de la base
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuunte: SolidWorks 2009.
152
Despiece y armado general
Figura 4-4 Despiece y armado general
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009.
153
Despiece Somier
Figura 4-5 Despiece somier
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009.
4.4 MAUAL DE USUARIO
En este manual se detallan la forma correcta de manejo del prototipo. Esta dirigido al
personal médico y de enfermería que estará al cuidado del paciente.
4.4.1 Definición de los símbolos del manual
El manual contiene una serie de iconos y signos que facilitará
manejo del producto.
Símbolos para Advertencia y Precaución
Las advertencias son las situaciones o acciones que pueden afectar a la seguridad del
paciente o del usuario. El hecho de ignorarlas puede provocar daños al paciente o al
usuario.
Las precauciones hacen referencia a cuidados o procedimientos a seguir por parte del
personal de asistencia para evitar daños en el equipo,
Símbolo de advertencia de peligro de aplastamiento
Símbolo de advertencia de peligro químico
Símbolo de descarga eléctrica
154
MAUAL DE USUARIO
En este manual se detallan la forma correcta de manejo del prototipo. Esta dirigido al
personal médico y de enfermería que estará al cuidado del paciente.
ón de los símbolos del manual
El manual contiene una serie de iconos y signos que facilitará
Símbolos para Advertencia y Precaución
Las advertencias son las situaciones o acciones que pueden afectar a la seguridad del
paciente o del usuario. El hecho de ignorarlas puede provocar daños al paciente o al
Las precauciones hacen referencia a cuidados o procedimientos a seguir por parte del
personal de asistencia para evitar daños en el equipo,
Símbolo de advertencia de peligro de aplastamiento
Símbolo de advertencia de peligro químico
descarga eléctrica
Elaborado por: Patricio Cevallos A. Todas las fotos y tablas son propiedad del autor.
En este manual se detallan la forma correcta de manejo del prototipo. Esta dirigido al
personal médico y de enfermería que estará al cuidado del paciente.
El manual contiene una serie de iconos y signos que facilitarán su comprensión, y
Las advertencias son las situaciones o acciones que pueden afectar a la seguridad del
paciente o del usuario. El hecho de ignorarlas puede provocar daños al paciente o al
Las precauciones hacen referencia a cuidados o procedimientos a seguir por parte del
Elaborado por: Patricio Cevallos A. son propiedad del autor.
155
Uso previsto
La cama se ha diseñado para utilizarse en entornos de asistencia sanitaria, especialmente
para el área de cuidados intensivos.
4.4.2 Introducción
Este manual proporciona instrucciones para el uso normal de la cama. Antes de empezar
a manipular la misma léase y analice detenidamente el contenido de este manual. Se
debe seguir cuidadosamente todos los aspectos relativos a la seguridad consignados en
el presente manual.
Componentes
Componente Descripción A Control de posición de la cama B Freno y dirección de cuatro ruedas
C Baranda de cabecera D Baranda de pie de cama
E Ruedas móviles de 120 mm. F Receptáculo de soporte para equipos G Amortiguadores de golpes en las esquinas
H Display y control de la Balanza I Compartimiento de Control
A
E B
I
G
H
D
C
La cama ofrece además las siguientes funciones:
• Batería de reserva (Back up)
• 4 motores de CC
• Articulación completa de la cama: subir/bajar cama, cabeza y rodillas y
posiciones trendelenburg y antitrendelenburg.
• Control de posición de la cama
• Bascula incorporada
• Indicador de peso del paciente
• Conexión serial hacia una computadora para el regis
4.4.3 Características del paciente
Advertencia:
• No utilice el producto si la altura, anchura y peso del paciente se encuentra
fuera de los intervalos recomendados. Pueden producirse lesiones al paciente o
daños en el equipo.
Altura: 140 cm a 185 cm
Anchura: 88 cm.
Peso máximo del paciente: 200 kg.
Carga de trabajo segura: 35
soportes, bolsas, bombas de IV, etc.
156
La cama ofrece además las siguientes funciones:
Batería de reserva (Back up).
4 motores de CC.
Articulación completa de la cama: subir/bajar cama, cabeza y rodillas y
posiciones trendelenburg y antitrendelenburg.
Control de posición de la cama.
Bascula incorporada.
Indicador de peso del paciente.
Conexión serial hacia una computadora para el registro y control de peso.
Características del paciente
Advertencia:
No utilice el producto si la altura, anchura y peso del paciente se encuentra
fuera de los intervalos recomendados. Pueden producirse lesiones al paciente o
daños en el equipo.
cm a 185 cm
Peso máximo del paciente: 200 kg.
Carga de trabajo segura: 350 kg. máximo, incluyendo el peso del paciente, colchón,
soportes, bolsas, bombas de IV, etc.
Articulación completa de la cama: subir/bajar cama, cabeza y rodillas y
tro y control de peso.
No utilice el producto si la altura, anchura y peso del paciente se encuentran
fuera de los intervalos recomendados. Pueden producirse lesiones al paciente o
máximo, incluyendo el peso del paciente, colchón,
4.4.4 Instrucciones de uso
Utilización del control de posición de paciente pa
Advertencia:
• Tenga cuidado de bajar el armazón de la cama. Para evitar lesiones, asegúrese de
que ninguna extremidad descansa bajo el armazón de la cama mientras este baja,
• Antes de bajar la cama, compruebe que no haya obje
puedan obstruir el movimiento, estos podrían causar lesiones graves o daños al
equipo.
El control de posición del paciente, está conectado al modulo central por un cable
extensible y debe ser colocado fuera del alcance del paciente.
Subir y bajar la sección de cabecera
Suba la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control
de flecha Subir cabeza.
inclinación de 60º.
Baje la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de
flecha Bajar cabeza.
157
Instrucciones de uso
Utilización del control de posición de paciente para uso del personal sanitario.
Advertencia:
Tenga cuidado de bajar el armazón de la cama. Para evitar lesiones, asegúrese de
que ninguna extremidad descansa bajo el armazón de la cama mientras este baja,
Antes de bajar la cama, compruebe que no haya objetos debajo de esta que
puedan obstruir el movimiento, estos podrían causar lesiones graves o daños al
El control de posición del paciente, está conectado al modulo central por un cable
extensible y debe ser colocado fuera del alcance del paciente.
Figura 4-6 Control de posición de la cama
y bajar la sección de cabecera
Suba la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control
Subir cabeza. La sección de cabecera puede elevarse hasta alcanzar una
Baje la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de
Bajar cabeza.
ra uso del personal sanitario.
Tenga cuidado de bajar el armazón de la cama. Para evitar lesiones, asegúrese de
que ninguna extremidad descansa bajo el armazón de la cama mientras este baja,
tos debajo de esta que
puedan obstruir el movimiento, estos podrían causar lesiones graves o daños al
El control de posición del paciente, está conectado al modulo central por un cable
Suba la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control
cabecera puede elevarse hasta alcanzar una
Baje la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de
158
Figura 4-7 Botones posición fowler
Subir y bajar la sección de rodillas
Suba la sección de rodillas hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de
flecha Subir rodillas. La sección de rodillas puede elevarse hasta alcanzar una
inclinación de 30º.
Baje la sección de rodillas hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de
flecha Bajar rodillas.
Figura 4-8 Botones elevación de rodillas
Subir y bajar la cama
La altura de la cama puede regularse de la posición baja, prevista para la salida del
paciente, a la posición alta, destinada a la realización de exámenes. Utilice el control
Subir/Bajar cama para subir o bajar la cama hasta situarla a la altura deseada.
Mantenga pulsado el control de flecha Subir cama para subir la cama hasta la posición
deseada.
Figura 4-9 Botones elevación de la cama
Botón Subir
Cabeza
Botón Bajar
Cabeza
Botón Subir Cama
Botón Bajar Cama
Botón Subir
Rodillas
Botón Subir Bajar
Advertencia
• Tenga cuidado al bajar el armazón de la cama, Para evitar lesiones, asegúrese de
que ninguna extremidad descanse bajo el armazón de la cama mientras éste baja.
Mantenga pulsado el control de flecha
deseada.
Colocar la cama en las posiciones Trendelenburg y Trendelenburg inversa
Advertencia:
• Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,
asegúrese de que el extremo de la cama, u
encuentre al menos 15 cm. Separado de la pared. Si no lo hace, podrían
producirse lesiones personales o daños en el equipo.
• Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,
asegúrese de que el
lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Las posiciones Trendelenburg o Trendelenburg inversa, de la cama pueden regularse
desde cualquier altura a la que se encuen
para esto.
Mantenga pulsado el botón Trendelenburg para lograr dicha posición hasta llegar a la
inclinación deseada.
Mantenga pulsado el botón Trendelenburg inverso para lograr dicha posición hasta
llegar a la inclinación deseada.
159
Advertencia
Tenga cuidado al bajar el armazón de la cama, Para evitar lesiones, asegúrese de
que ninguna extremidad descanse bajo el armazón de la cama mientras éste baja.
Mantenga pulsado el control de flecha Bajar cama para bajar la cama hasta la posición
Colocar la cama en las posiciones Trendelenburg y Trendelenburg inversa
Advertencia:
Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,
asegúrese de que el extremo de la cama, una vez elevada completamente, se
encuentre al menos 15 cm. Separado de la pared. Si no lo hace, podrían
producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,
asegúrese de que el área situada debajo de la cama está libre de obstáculos. Si no
lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Las posiciones Trendelenburg o Trendelenburg inversa, de la cama pueden regularse
desde cualquier altura a la que se encuentre la misma, utilizando los botones marcados
Mantenga pulsado el botón Trendelenburg para lograr dicha posición hasta llegar a la
Mantenga pulsado el botón Trendelenburg inverso para lograr dicha posición hasta
inclinación deseada.
Tenga cuidado al bajar el armazón de la cama, Para evitar lesiones, asegúrese de
que ninguna extremidad descanse bajo el armazón de la cama mientras éste baja.
para bajar la cama hasta la posición
Colocar la cama en las posiciones Trendelenburg y Trendelenburg inversa
Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,
na vez elevada completamente, se
encuentre al menos 15 cm. Separado de la pared. Si no lo hace, podrían
Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,
área situada debajo de la cama está libre de obstáculos. Si no
lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Las posiciones Trendelenburg o Trendelenburg inversa, de la cama pueden regularse
tre la misma, utilizando los botones marcados
Mantenga pulsado el botón Trendelenburg para lograr dicha posición hasta llegar a la
Mantenga pulsado el botón Trendelenburg inverso para lograr dicha posición hasta
Figura
Balanza
Advertencia:
• Al transportar al paciente se debe evitar golpes
ya que podría afectar en la sensibilidad de la medición, incluso inhabilitar por
completo a la balanza.
Procedimiento:
1. Antes de pesar al paciente asegúrese de que la cama se encuentre en la posición
más baja, nivelada y las
2. Preparar la cama con todos los objetos que estarán sobre la misma mientras dure
la estancia del paciente.
3. Encienda la balanza, espere un momento hasta que aparezca el peso de los
objetos que están sobre la cama.
4. Presionar el botón de encerar la balanza, y esperar hasta que el peso pase a la
tara de la balanza.
5. Presione el botón pesar, la siguiente pantalla aparecerá el valor de 0 quedando
lista la cama para recibir al paciente.
6. Cada vez que sea necesario registrar el peso del
pesar y automáticamente saldrá en la pantalla el peso del paciente sea en el
BotónTrendelenburg
160
Figura 4-10 Botones trendelenburg/trendelenburg inverso
Advertencia:
Al transportar al paciente se debe evitar golpes fuertes en las ruedas de la cama
ya que podría afectar en la sensibilidad de la medición, incluso inhabilitar por
completo a la balanza.
Antes de pesar al paciente asegúrese de que la cama se encuentre en la posición
más baja, nivelada y las 4 ruedas deben estar frenadas.
Preparar la cama con todos los objetos que estarán sobre la misma mientras dure
la estancia del paciente.
Encienda la balanza, espere un momento hasta que aparezca el peso de los
objetos que están sobre la cama.
botón de encerar la balanza, y esperar hasta que el peso pase a la
tara de la balanza.
Presione el botón pesar, la siguiente pantalla aparecerá el valor de 0 quedando
lista la cama para recibir al paciente.
Cada vez que sea necesario registrar el peso del paciente presionar el botón
pesar y automáticamente saldrá en la pantalla el peso del paciente sea en el
Botón Trendelenburg Trendelenburg
Botones trendelenburg/trendelenburg inverso
fuertes en las ruedas de la cama
ya que podría afectar en la sensibilidad de la medición, incluso inhabilitar por
Antes de pesar al paciente asegúrese de que la cama se encuentre en la posición
Preparar la cama con todos los objetos que estarán sobre la misma mientras dure
Encienda la balanza, espere un momento hasta que aparezca el peso de los
botón de encerar la balanza, y esperar hasta que el peso pase a la
Presione el botón pesar, la siguiente pantalla aparecerá el valor de 0 quedando
paciente presionar el botón
pesar y automáticamente saldrá en la pantalla el peso del paciente sea en el
Botón Trendelenburg
Inverso
mando de control o en el computador, el dato de peso será registrado en el
computador junto con la fecha y hora de la toma.
7. En el programa suministrad
paciente, fecha de ingreso.
Cada vez que se ingrese un nuevo paciente se debe apagar la balanza y seguir la rutina
antes descrita.
Receptáculos de soporte para equipos
Puede instalar un soporte
cabecera de la cama.
Paneles de los extremos de la cama
La cama dispone de pernos para instalar los paneles de los extremos de la cama.
Instale un panel en un extremo de la cama insertándolo en los dos pernos horiz
situados en los extremos de la cama, luego de un pequeño ajuste.
Amortiguadores de golpes
Los amortiguadores de golpes se encuentran en ambos extremos de la cama.
Freno y dirección de las ruedas
Advertencia:
• Normalmente, los pacientes se apoyan
siempre los frenos cuando la unidad este ocupada, salvo cuando traslade al
paciente.
161
mando de control o en el computador, el dato de peso será registrado en el
computador junto con la fecha y hora de la toma.
En el programa suministrado con la balanza se debe colocar el nombre del
paciente, fecha de ingreso.
Cada vez que se ingrese un nuevo paciente se debe apagar la balanza y seguir la rutina
Receptáculos de soporte para equipos
Puede instalar un soporte en el receptáculo de soporte para equipos situado en la
Paneles de los extremos de la cama
La cama dispone de pernos para instalar los paneles de los extremos de la cama.
un panel en un extremo de la cama insertándolo en los dos pernos horiz
situados en los extremos de la cama, luego de un pequeño ajuste.
Amortiguadores de golpes
Los amortiguadores de golpes se encuentran en ambos extremos de la cama.
Freno y dirección de las ruedas
Advertencia:
Normalmente, los pacientes se apoyan en la cama para levantarse, active
siempre los frenos cuando la unidad este ocupada, salvo cuando traslade al
mando de control o en el computador, el dato de peso será registrado en el
o con la balanza se debe colocar el nombre del
Cada vez que se ingrese un nuevo paciente se debe apagar la balanza y seguir la rutina
lo de soporte para equipos situado en la
La cama dispone de pernos para instalar los paneles de los extremos de la cama.
un panel en un extremo de la cama insertándolo en los dos pernos horizontales
Los amortiguadores de golpes se encuentran en ambos extremos de la cama.
en la cama para levantarse, active
siempre los frenos cuando la unidad este ocupada, salvo cuando traslade al
Las ruedas de freno se encuentran en las cuatro esquinas de la cama.
Para activar el freno, pise el extremo inferior de la palanca de freno para bloquear la
rueda.
Para desactivar el freno, pise el extremo superior de la palanca de freno para empujarla
hacia delante y desbloquear la rueda.
(a)Rueda sin freno
Tiras de contención del paciente
Advertencia:
• Los dispositivos de contención para el paciente no pretenden reemplazar los
cuidados que debe proporcionar el personal sanitario. Aunque estén
correctamente instalados, los dispositivos de contención pueden hacer que el
paciente se enganche o se lesiones, e incluso provocar su muerte, especialmente
en el caso de pacientes nerviosos o des
haya instalado un dispositivo de contención de acuerdo con los requisitos legales
y los protocolos del centro.
162
Las ruedas de freno se encuentran en las cuatro esquinas de la cama.
Para activar el freno, pise el extremo inferior de la palanca de freno para bloquear la
Para desactivar el freno, pise el extremo superior de la palanca de freno para empujarla
hacia delante y desbloquear la rueda.
Figura 4-11 Ruedas con y sin freno.
(a)Rueda sin freno (b) Rueda con freno y bloqueo de dirección
Tiras de contención del paciente
Advertencia:
Los dispositivos de contención para el paciente no pretenden reemplazar los
que debe proporcionar el personal sanitario. Aunque estén
correctamente instalados, los dispositivos de contención pueden hacer que el
paciente se enganche o se lesiones, e incluso provocar su muerte, especialmente
en el caso de pacientes nerviosos o desorientados. Observe al paciente al que
haya instalado un dispositivo de contención de acuerdo con los requisitos legales
y los protocolos del centro.
Las ruedas de freno se encuentran en las cuatro esquinas de la cama.
Para activar el freno, pise el extremo inferior de la palanca de freno para bloquear la
Para desactivar el freno, pise el extremo superior de la palanca de freno para empujarla
(b) Rueda con freno y bloqueo de dirección
Los dispositivos de contención para el paciente no pretenden reemplazar los
que debe proporcionar el personal sanitario. Aunque estén
correctamente instalados, los dispositivos de contención pueden hacer que el
paciente se enganche o se lesiones, e incluso provocar su muerte, especialmente
orientados. Observe al paciente al que
haya instalado un dispositivo de contención de acuerdo con los requisitos legales
La instalación de tiras de contención para el paciente se coloca en el marco principal de
la cama a ambos lados de la superficie de descanso.
4.4.5 Limpieza
Se recomienda limpiar la unidad con detergente y agua tibia.
• Desenchufe la unidad de la toma eléctrica
• No exponga la unidad a ambientes con una humedad excesiva, pueden dañar los
mecanismos de la unidad.
• No utilice productos de limpieza abrasivos.
• No utilice ningún dispositivo de limpieza a vapor con la unidad
• Para eliminar las manchas rebeldes, se recomienda utilizar productos de
limpieza convencionales de uso doméstico y un cepillo de ce
disolver la suciedad seca o difícil de limpiar, se deberá empapar la mancha.
Desinfección:
Se recomienda desinfectar la unidad con un desinfectante cuando se cambie de paciente
y siempre que se detecten manchas visibles.
4.4.6 Mantenimiento
Se debe realizar el mantenimiento preventivo anual para asegurar de que todas las
funciones funcionan correctamente. Especial atención a las funciones de seguridad:
• Sistemas de freno de las ruedas
• Cables y componentes eléctricos
163
La instalación de tiras de contención para el paciente se coloca en el marco principal de
lados de la superficie de descanso.
Se recomienda limpiar la unidad con detergente y agua tibia.
Advertencia:
Desenchufe la unidad de la toma eléctrica.
No exponga la unidad a ambientes con una humedad excesiva, pueden dañar los
de la unidad.
No utilice productos de limpieza abrasivos.
No utilice ningún dispositivo de limpieza a vapor con la unidad
Para eliminar las manchas rebeldes, se recomienda utilizar productos de
limpieza convencionales de uso doméstico y un cepillo de ce
disolver la suciedad seca o difícil de limpiar, se deberá empapar la mancha.
Se recomienda desinfectar la unidad con un desinfectante cuando se cambie de paciente
y siempre que se detecten manchas visibles.
Mantenimiento
debe realizar el mantenimiento preventivo anual para asegurar de que todas las
funciones funcionan correctamente. Especial atención a las funciones de seguridad:
Sistemas de freno de las ruedas.
Cables y componentes eléctricos.
La instalación de tiras de contención para el paciente se coloca en el marco principal de
No exponga la unidad a ambientes con una humedad excesiva, pueden dañar los
No utilice ningún dispositivo de limpieza a vapor con la unidad.
Para eliminar las manchas rebeldes, se recomienda utilizar productos de
limpieza convencionales de uso doméstico y un cepillo de cerdas suaves. Para
disolver la suciedad seca o difícil de limpiar, se deberá empapar la mancha.
Se recomienda desinfectar la unidad con un desinfectante cuando se cambie de paciente
debe realizar el mantenimiento preventivo anual para asegurar de que todas las
funciones funcionan correctamente. Especial atención a las funciones de seguridad:
• Funcionamiento del
• Batería de reserva.
• Celdas de carga
• Precisión de la balanza
Posiciones de la cama
Advertencia:
Es recomendable que la cama permanezca en la posición
paciente no está
que podrán producirse si el paciente se cae de la cama.
Si el estado del paciente implica riesgo de que pueda quedar atrapado, la
plataforma de descanso debe permanecer en la posición horizonta
mientras no está
Cuando se disponga a cambiar la posición de la cama, asegúrese de que manos,
pies y equipo se encuentren alejados de las articulaciones del armazón.
Seguridad eléctrica
Peligro de aplastamiento:
Los riesgos asociados al uso de camas eléctricas superan los riesgos más obvios de que
se produzca una descarga eléctrica. Siempre que se estén realizando operaciones de
reparación en la cama, desconéctela de la fuente de alimentación y desconecte la batería
de reserva. Si no lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Peligro de descarga eléctrica
El equipo eléctrico puede provocar una descarga eléctrica164
Funcionamiento del control.
Batería de reserva.
Celdas de carga.
Precisión de la balanza.
Posiciones de la cama
Advertencia:
Es recomendable que la cama permanezca en la posición
está vigilado. De este modo, disminuye la gravedad de las lesiones
que podrán producirse si el paciente se cae de la cama.
Si el estado del paciente implica riesgo de que pueda quedar atrapado, la
plataforma de descanso debe permanecer en la posición horizonta
está vigilado.
Cuando se disponga a cambiar la posición de la cama, asegúrese de que manos,
pies y equipo se encuentren alejados de las articulaciones del armazón.
Peligro de aplastamiento:
dos al uso de camas eléctricas superan los riesgos más obvios de que
se produzca una descarga eléctrica. Siempre que se estén realizando operaciones de
reparación en la cama, desconéctela de la fuente de alimentación y desconecte la batería
no lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Peligro de descarga eléctrica
El equipo eléctrico puede provocar una descarga eléctrica.
Es recomendable que la cama permanezca en la posición más baja mientras el
vigilado. De este modo, disminuye la gravedad de las lesiones
Si el estado del paciente implica riesgo de que pueda quedar atrapado, la
plataforma de descanso debe permanecer en la posición horizontal y más baja
Cuando se disponga a cambiar la posición de la cama, asegúrese de que manos,
pies y equipo se encuentren alejados de las articulaciones del armazón.
dos al uso de camas eléctricas superan los riesgos más obvios de que
se produzca una descarga eléctrica. Siempre que se estén realizando operaciones de
reparación en la cama, desconéctela de la fuente de alimentación y desconecte la batería
no lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.
Un uso o una manipulación inadecuada del cable de alimentación podrían dañarlo. Si el
cable de alimentación está dañado, retire inmediatamente la cama de servicio y póngase
en contacto con personal de mantenimiento.
Batería de reserva
• La cama dispone de una batería de reserva que permite el funcionamiento de los
motores en caso de falta o f
subir/bajar la cama, cabeza y rodillas posiciones Trendelenburg y Trendelenburg
inversa.
Cabe indicar que si la batería está completamente descargada, puede tardar hasta 5 horas
en recargarse. Para asegurar de
una fuente de alimentación adecuada siempre que sea posible.
Precaución:
Si la cama no va a utilizarse durante un
personal de mantenimiento para que sea retirada la batería. De lo contrario podría
ocasionar una reducción de la vida útil de la batería
165
Un uso o una manipulación inadecuada del cable de alimentación podrían dañarlo. Si el
cable de alimentación está dañado, retire inmediatamente la cama de servicio y póngase
en contacto con personal de mantenimiento.
La cama dispone de una batería de reserva que permite el funcionamiento de los
motores en caso de falta o fallo de suministro eléctrico, de las funciones
subir/bajar la cama, cabeza y rodillas posiciones Trendelenburg y Trendelenburg
Cabe indicar que si la batería está completamente descargada, puede tardar hasta 5 horas
en recargarse. Para asegurar de que la batería siempre esté cargada, conecte la cama a
una fuente de alimentación adecuada siempre que sea posible.
Figura 4-12 Batería de Backup
Si la cama no va a utilizarse durante un período de tiempo prolongado, comunique al
personal de mantenimiento para que sea retirada la batería. De lo contrario podría
ocasionar una reducción de la vida útil de la batería.
Un uso o una manipulación inadecuada del cable de alimentación podrían dañarlo. Si el
cable de alimentación está dañado, retire inmediatamente la cama de servicio y póngase
La cama dispone de una batería de reserva que permite el funcionamiento de los
allo de suministro eléctrico, de las funciones
subir/bajar la cama, cabeza y rodillas posiciones Trendelenburg y Trendelenburg
Cabe indicar que si la batería está completamente descargada, puede tardar hasta 5 horas
que la batería siempre esté cargada, conecte la cama a
período de tiempo prolongado, comunique al
personal de mantenimiento para que sea retirada la batería. De lo contrario podría
166
4.4.7 Resolución de Problemas
Calentamiento en exceso del Sistema de Control
El Sistema de Control de la cama dispone de un Sistema de autoprotección que evita
que se caliente en exceso. Para contribuir a garantizar que la cama no se calienta en
exceso, tome las siguientes medidas durante las operaciones clínicas:
No haga funcionar los motores durante más tiempo que el necesario ( 2
minutos de funcionamiento, 18 de descanso).
No ejecute más de dos funciones al mismo tiempo.
En caso de que la cama se apague después de un funcionamiento prolongado, haga lo
siguiente:
Desconecte la cama de la fuente de alimentación
Espere 20 minutos para que la cama se enfríe.
Enchufe la cama en una fuente de alimentación adecuada
Si el problema persiste póngase en contacto con mantenimiento.
4.4.8 Especificaciones Técnicas
Medidas de la cama
Componente Medidas Longitud incluido piecero y cabecero 2030 mm.
Longitud de la plataforma de descanso 1900 mm. Anchura máxima: 910 mm. Anchura de la plataforma de descanso 890 mm.
Altura máxima de la cabecera 1220 mm. Espacio mínimo bajo la cama 170 mm.
Altura a la base 205 mm. Tamaño de la rueda 120 mm.
Peso Total 110 kg.
167
Especificaciones de la cama
Componente Medidas
Inclinación de la sección de la cabecera (máxima) 50º Inclinación de la sección de rodillas (máxima) 40º
Intervalo de altura de la plataforma de descanso 170 mm – 370 mm. Posición Trendelenburg (máxima) 8º
Posición Trendelenburg inversa (máxima) 6º Capacidad de elevación de la sección de cabecera (máxima) 110 kg Capacidad de elevación de la sección de pie de cama (máxima) 115 kg
Capacidad de elevación de la cama (carga de trabajo máxima segura)
225 kg
Altura máxima de la cama desde el piso 710 mm
Capacidad máxima de pesaje de la balanza incluido peso de la cama
400 kg.
Intervalo de medición de la balanza 1 kg
Precisión de la balanza +- 1 kg.
Requisitos de alimentación de la red
Condición Rango Tensión estimada 7 A Alimentación / entrada 110 V AC Frecuencia 50Hz
Especificaciones de la batería
Condición Rango Vida máxima de la batería (sin activar ninguna función y la cama desconectada de la fuente de alimentación)
3 meses
Tiempo necesario para recargar una batería totalmente descargada
6 horas para recargar, para utilizar por primera se debe recargar por 24 horas
úmero máximo de ciclos de subir/bajar con una batería totalmente cargada: Con 0 kg sobre la cama 25 ciclos
Con 113 kg sobre la cama 22 ciclos Con 204 kg sobre la cama 16 ciclos
168
CAPITULO V
5. COCLUSIOES Y RECOMEDACIOES
5.1 Conclusiones
• La construcción de este prototipo puede constituir una alternativa viable a las
camas que existen el mercado.
• Se alcanzaron los objetivos planteados al principio de la tesis.
• Las simulaciones realizadas al diseño por computadora permitieron comprobar
que los cálculos de los diferentes elementos fueron correctos y que satisfacen el
diseño.
• En la prueba de campo se comprobó la funcionalidad y solidez del diseño del
prototipo en lo referente al plano mecatrónico.
• Con la utilización de los actuadores lineales eléctricos, para la ejecución de los
diferentes movimientos de la cama se logró simplificar el diseño además de
brindar solidez al mismo.
• Es indispensable que en el diseño de esta cama se tenga uno de los ejes fijos a su
somier para que el prototipo tenga estabilidad y no se presenten cambios de
posición abruptos e inesperados.
• La colocación de cuatro celdas de carga permitió, tomar el peso del paciente
acostado, ya que el peso se distribuye uniformemente sobre las celdas de carga.
169
• Con el diseño actual de la cama, se debe transportarla únicamente por lugares
totalmente planos sin ninguna irregularidad en el piso, estas pueden causar daños
a la precisión de las celdas de carga que se encuentran situadas sobre las ruedas.
• El desplazamiento horizontal de somier que ocurre cuando se eleva la cama no
afecta la estabilidad de la cama.
5.2 Recomendaciones
• Es necesario para tomar el peso del paciente que la base de la cama se encuentre
nivelada, el somier en la posición más baja y todas las ruedas completamente
asentadas sobre el piso.
• Los brazos y ejes de la cama deben estar correctamente alineados para evitar
rozamiento y se produzca una fuerza adicional innecesaria en los motores.
• Con la finalidad de complementar el prototipo en un futuro se puede aumentar el
movimiento de lateralización a la cama.
• Las sugerencias brindadas por el personal médico y de enfermería que probó la
cama pueden servir de punto de partida para continuar con la mejora del
prototipo.
• Para un mejora al prototipo en un futuro se debe cambiar el lugar de las celdas
de carga o en su defecto rediseñar la balanza, para que la cama pueda ser rodada
sin peligro a daños en la celdas.
170
• Para mejorar la sensibilidad de la balanza se deben aumentar más filtros tanto
pasivos como activos a la tarjeta de control, además de filtros digitales en la
programación del microcontrolador, para limpiar el ruido que pueda existir en la
señal de las celdas de carga y afectar a la medición.
171
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24. Zemic Europe. (Enero de 2010). Recuperado el 21 de Mayo de 2010, de
http://www.zemic.nl
177
Anexo 4 Fo tografías del proceso constructivo y pruebas del prototipo
Cama original Preparación del somier
Brazos de palanca Piezas de los ejes
Alineación de los brazos Soldando las partes del eje
178
Estructura de la base Estructura de la base pintada
Fabricación de las chumaceras Chumaceras
Base de la cama Somier de la cama
179
Accesorios Primer montaje
Montaje de la balanza Circuito en protoboard de la balanza
Piezas mecánicas antes de pintar Armado del somier de la cama
180
Ajuste del eje inferior del somier Caja de control de la cama
Cabacero de la cama Colocación del cabecero de la cama
Display de balanza Control y display de la balanza
181
Prototipo terminado Foto obtenida del diseño CAD.
Fotografías de la prueba de la cama en el Hospital del IESS Ibarra.
182
Anexo 5. Prototipo CAD implementado mejoras de diseño.
Barandas de seguridad laterales
Piecero y cabecero fácilmente
desmontables
175
185
46,2
50
92,5
00
46,2
50
700
545
545
410
300
1600
500
600
122
22,500
33,4
01
1500
50
A
170
5011
0375,500
Vista Isométrica
15
19
7,200
DETALLE A ESCALA 1 : 5
Vista Superior
Vista lateral derecha
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:15 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
Base Cama
175
185
46,2
50
92,5
00
46,2
50
1830
605
911
900
225
884
106
13
A
5035
17,50035
10
30
Vista Isométrica60
,4
20
DETALLE A ESCALA 1 : 6
Vista superior
Vista lateral derecha
B
C
D
1 2
A
B
A
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:20 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Modificaciones al somier
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
C
D
1 2
321 4 5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:20 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
175
185
46,2
50
92,5
00
46,2
50
870
214,
719
9,5
3819
9,5
214,
7
428,
6
9,2
9,2
46
6
302
50
262
30
10,100
25
Vista Isométrica
Vista Superior
Vista lateral derecha
B
C
D
1 2
A
B
A
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
Elevador superior A
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
190
180
150
140
10,10
0
30
120°
11,500
Vista Lateral Derecha670
30
316 3161071073636
2666
Vista Superior
Vista IsométricaB
C
D
1 2
A
B
A
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Elevador inferior A
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
175
185
46,2
50
92,5
00
46,2
50
870
199,
521
4,7
38
214,
719
9,5
38
428,
69,
26
46
257
50
217
25
30
Vista Isométrica
Vista Superior
Vista lateral derecha
B
C
D
1 2
A
B
A
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Elevador Superior B
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
360320
19015
0
50
50
120°
30
10,100
11,500
670
107316
36
316107
26 66
Vista isométrica
Vista Superior
Vista lateral derecha
C
D
1 2
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Elevador inferior B
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
C
D
1 2
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:8 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
50
115
20
309
20
1030
R5
R18 R15
30
3
15
42,50042,500
Vista Isométrica
Vista Superior Vista lateral derecha
B
C
D
1 2
A
B
A
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:2 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Chumacera
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire
B
C
D
1 2
A
321 4
B
A
5 6
DISEÑADO POR:
REVISADO POR:
NOMBRE
REVISION
PROYECTO
PARTE
SCALE:1:2 SHEET 1 OF 1
A4
C
WEIGHT:
Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital
Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS
Patricio Cevallos A.
Dr. Fausto Freire