IV. MARCO TEÓRICO 4.1 El Sistema Respiratorio Este sistema

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IV.
MARCO TEÓRICO
4.1
El Sistema Respiratorio
Este sistema comprende:
 Un conducto aerífero formado por la laringe, la tráquea y los bronquios y
subdivisiones más pequeñas. Esta sección es la encargada de permitir la
entrada de aire a las superficies respiratorias.
 El órgano esencial de la respiración es el pulmón, rodeado por una membrana
serosa, la pleura. Es en el pulmón donde se efectúan los intercambios
gaseosos entre el aire del ambiente y la sangre.
El aire ingresa por las fosas nasales, y luego, circula por la faringe y llega a la
tráquea, que se divide en dos bronquios, cada uno de los cuales penetra en un
pulmón. Los pulmones son los órganos de respiración donde se produce la
hematosis, proceso durante el cual los glóbulos rojos absorben oxígeno y se liberan
del anhídrido carbónico.
El proceso de respiración está compuesto por dos fases:
 Inspiración: Al inspirar realizamos ligeros movimientos que hacen que los
pulmones se expandan y el aire ingrese en ellos mediante el tracto
respiratorio.
 Espiración: En la espiración, el diafragma sube, presionando los pulmones y
haciéndoles expulsar el aire por las vías respiratorias.
En la Figura 4.1 se muestran los elementos del sistema respiratorio, y en la Figura
4.2 se muestran los procesos de inspiración y espiración.
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Figura 4.1: Elementos del Sistema Respiratorio
Humano
Figura 4.2: Proceso de respiración: a)
Inspiración y b) Espiración.
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Cada vez que se respira, se renueva el aire de los 80 m2 de superficie que tienen los
pulmones. Diariamente respiramos entre 14 y 18 kilos de aire, que muchas veces
está lleno de partículas nocivas y contaminantes, virus y microbios que entran con el
aire a los pulmones. Es por esto que las enfermedades más comunes son las
respiratorias, lo que se comprueba cada invierno, cuando se ven los hospitales
colapsados por la gran cantidad de gente que asiste por algún problema respiratorio,
especialmente los niños, que son los más afectados. Recordemos solamente la
cantidad de niños afectados por el friaje en zonas alto-andinas como Cuzco,
Huancavelica, Ayacucho, Apurímac, entre otras, en el año 2011.
4.2
Consideraciones médicas y fisiológicas
En esta sección es importante presentar algunos conceptos médicos y fisiológicos
que
permitan
comprender el funcionamiento
del sistema respiratorio,
los
requerimientos y métodos para la medición de su eficiencia, haciendo uso
principalmente de una técnica no invasiva, como lo es la espirometría.
4.2.1 Volúmenes y Capacidades Pulmonares
La mecánica pulmonar, la pared torácica, la actividad de los músculos en el proceso
respiratorio, son determinantes en el volumen de gas (aire) que ingresa a los
pulmones. El volumen pulmonar puede alterarse por problemas patológicos y
fisiológicos.
Existen cuatro volúmenes pulmonares estándar y cuatro capacidades
pulmonares estándar que constan de dos o más volúmenes en combinación:
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VC (volumen corriente o volumen tidal)
Es el volumen de aire movilizado en cada respiración normal y tranquila. Es de
aproximadamente 500 ml., equivalente al 3% del peso corporal ideal.
VIR (Volumen Inspiratorio de Reserva o Volumen de Reserva Inspiratoria)
Es el máximo volumen de aire que puede ser inspirado a partir del volumen
corriente, es decir, el volumen que puede inhalarse al final de una inspiración
normal, es de aproximadamente 3.1 lts., que equivale aproximadamente al 50% de
la capacidad pulmonar total (CPT).
VER (Volumen Espiratorio de Reserva o Volumen de Reserva Espiratoria)
Es el máximo volumen de aire que puede ser espirado durante una espiración
forzada máxima, es decir, es el volumen evaluado a partir de finalizar la espiración
tranquila. Equivale a cerca del 20% de la capacidad pulmonar total con un volumen
de 1.2 lts.
VR (Volumen Residual)
Es el volumen de aire que permanece en el pulmón después de una espiración
máxima. El aumento de este valor indica atrapamiento aéreo y su ausencia
provocaría que los pulmones colapsen. En condiciones normales es de 1.2 lts y
equivale aproximadamente al 20% de la capacidad pulmonar total.
CPT (Capacidad Pulmonar Total)
Es la máxima cantidad de aire que albergan los pulmones después de una
inspiración forzada, que es de aproximadamente 6 litros. La CPT es la suma del
10
Volumen Corriente (VC), el Volumen Inspiratorio de Reserva (VIR), el Volumen
Espiratorio de Reserva (VER) y el Volumen Residual (VR), así:
CPT  VC  VIR  VER  VR
CV (Capacidad Vital)
Es el volumen de aire capaz de ser movilizado por los pulmones. Es la suma del
Volumen Corriente (VC), el Volumen Inspiratorio de Reserva (VIR) y el Volumen
Espiratorio de Reserva (VER), así:
CV  VC  VIR  VER
La CV es de aproximadamente 4.8 litros y equivale a cerca del 80% de la capacidad
pulmonar total.
CI (Capacidad Inspiratoria)
Es la suma del Volumen Corriente Tidal y el Volumen de Reserva Inspiratoria. En
términos de la espiración corresponde al máximo volumen que puede inhalarse
después de una espiración normal. Su valor es de aproximadamente 3.6 litros y
equivale a cerca del 60% de la capacidad pulmonar total. Viene dada por:
CI  VC  VIR
CRF (Capacidad Residual Funcional)
Es la cantidad de aire que permanece en los pulmones después de una espiración
normal. Viene a ser la sumatoria del VER y del VR, así:
CRF  VER  VR
En la Figura 4.3 puede observarse los volúmenes y capacidades indicadas.
11
Figura 4.3: Espirograma del ciclo respiratorio
con capacidades y volúmenes estándar.
4.2.2 Espirometría
La Espirometría es una prueba de función pulmonar que evalúa el volumen de aire
que puede movilizarse dentro y fuera de los pulmones; es decir, evalúa la capacidad
ventilatoria de un individuo.
La Espirometría registra el volumen de aire que se respira a través del tiempo
(volumen/tiempo) (Figura 4.4) y la curva de flujo volumen (CFV) registra el flujo del
aire espirado en la coordenada vertical (flujo: volumen/tiempo, L/seg) contra el
volumen de aire espirado en la coordenada horizontal, es decir la velocidad de salida
del aire a los diferentes volúmenes del pulmón (Figura 4.5).
La prueba espirométrica o espirográfica consiste en realizar una inspiración
máxima seguida de una espiración forzada en una boquilla especial, constituyendo
una prueba relativamente simple y reproducible gráficamente. El espirómetro permite
obtener el trazado o el registro volumen-tiempo y el de flujo-volumen de la
respiración [Toledo, 2001], tal como se indica en el párrafo anterior.
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Figura 4.4: Curva Volumen-Tiempo
Figura 4.5: Curva Flujo-Volumen
El espirómetro ofrece una muy baja resistencia para respirar y, con la colaboración
aceptable del paciente, la forma de la curva espirométrica es puramente función de
la capacidad pulmonar del mismo, el estado de su pecho y de la resistencia del aire.
Es importante indicar que, un espirómetro no puede proveer de mediciones
referentes a volumen residual (RV), Capacidad Residual Funcional (FRC) o la
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Capacidad Pulmonar Total (CPT) solo por mediciones del volumen espirado. La FRC
depende del tamaño corporal incrementando aproximadamente 32-51 ml/cm
de
altura [Levitzky, 1993], sexo, postura de la prueba, determinando así si un factor
patológico está afectando el funcionamiento del pulmón considerado normal. Para el
control de la FRC se recurre a mediciones del nitrógeno espirado, prueba de helio
inspirado o prueba pletismográfica.
El uso básico de la espirometría está dirigido a la detección de enfermedades
restrictivas y obstructivas, resultado de un incremento de la resistencia al flujo en las
vías respiratorias que puede deberse a:
 Deterioro de la estructura alveolar que resulta en un cierre prematuro de las
vías aéreas.
 Disminución en el diámetro de las vías causado por broncoespamo o
presencia de secreciones que incrementa la resistencia al flujo.
 Bloqueo parcial de la vía traqueo-faríngea que en casos extremos puede
deberse a un tumor que disminuya el diámetro de la vía ocasionando un flujo
turbulento.
Existen dos tipos de contraindicaciones para el uso de la espirometría: las absolutas
que implican un riesgo grave y las relativas. Entre las absolutas encontramos la
angina de pecho inestable y operaciones oculares recientes que puedan llevar al
desprendimiento de la retina. Entre las relativas se sugiere evitarse su uso ante la
presencia de problemas bucales, hemiplejia facial, náuseas, incomprensión de la
maniobra espirométrica, y en algunos casos de estado físico y mental deteriorado.
14
4.2.3 Evaluación del Funcionamiento Respiratorio
Para evaluar la eficiencia y la posible detección de disfunciones respiratorias se
necesita de exámenes clínicos que permitan evaluar el estado del paciente. La
Prueba de Funcionamiento Pulmonar (PTF de las siglas en inglés de Pulmonar Test
Function) o Prueba Funcional Ventilatoria (PFV) es una práctica que permite:
 Valorar la aptitud física y cuantificar la capacidad pulmonar o en su defecto las
deficiencias respiratorias del paciente.
 Diagnosticar diferentes tipos de enfermedades respiratorias.
 Evaluar la respuesta del paciente a las terapias por trastornos ya
determinados.
 Diagnóstico preoperatorio para determinar cuando la presencia de una
enfermedad respiratoria incrementa el riesgo de cirugía.
Las técnicas PTF comúnmente usadas son la Espirometría, Pletismografía y la
Capacidad de Difusión.
Este test presenta importantes limitaciones como son:
 No se puede determinar que porción de los pulmones están dañados o
enfermos, solo se determina la presencia de la enfermedad.
 Existe una total dependencia de la cooperación del paciente, lo que excluye a
pacientes con enfermedades críticas, niños y en ocasiones chequeos de
rutina.
En consecuencia, para una correcta evaluación se recurre a procedimientos
complementarios como son: el examen físico, evaluación del historial médico y
pruebas de rayos X entre otros.
15
4.2.4 Parámetros Espirométricos
Los siguientes parámetros son de utilidad en espirometría:
 Capacidad Vital Forzada (CVF o FVC): Máximo volumen exhalado en
forma rápida con un esfuerzo máximo.
 Volumen Espiratorio Forzado en el primer segundo (VEF1 o FEV1) el
cual es el volumen de aire exhalado en el primer segundo durante una
maniobra de CVF.
 Flujo Espiratorio Máximo (PEF o FEM) máximo valor alcanzado en la
curva de flujo respiratorio.
 Flujo espiratorio forzado entre el 25 y el 75% de la CVF (FEF25-75%)
flujo medido sobre el segmento descendente de la curva del flujo
respiratorio, entre los valores mencionados.
 VEF1%: Índice de Tiffenau (VEF1/CVF), es la relación del volumen de
aire espirado en función del tiempo, y refleja la fracción de la capacidad
vital expulsada durante el primer segundo de una espiración forzada
precedida de una inspiración también forzada. Este índice permite
diferenciar de forma sencilla trastornos ventilatorios de origen
obstructivo y restrictivo.
Cabe destacar que estos parámetros están determinados por la talla, edad y sexo de
las personas. En presencia de enfermedades respiratorias estos declinan
considerablemente.
16
4.2.5 Requerimientos en el Diseño de Espirómetros
Los espirómetros se han ido perfeccionando considerablemente en los últimos años.
Se han simplificado y resultan mucho más confiables que los anteriores. En general,
reúnen y con frecuencia superan las recomendaciones mínimas de la (ATS/ERS)
que se resumen en la Tabla 4.1. Diferentes instituciones internacionales como la
ATS (Sociedad Americana del Tórax), la AARC (Asociación Americana de Cuidado
Respiratorio), OSHA (Administración de Salud y Seguridad Ocupacional) y NIOSH
(Instituto Nacional para la Salud y Seguridad Ocupacional), han establecido
estándares y recomendaciones para el diseño de espirómetros referentes a la
resolución (mínimo flujo y volumen detectable) y linealidad del instrumento, así como
la gama de valores usuales de tiempo, flujo y volumen.
Tabla 4.1: Recomendaciones Mínimas para los Sistemas de
Espirometría (ATS, 1995)
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Existen otros requerimientos, en este caso provenientes de los usuarios (terapistas
respiratorios y médicos), consistentes en:
 Ser simple de usar.
 Ser seguro y efectivo al cumplir con los estándares médicos y electrónicos.
 Poseer una rutina de calibración relativamente simple y estable que permita
ajustes del personal médico.
 Ser robusto y que no requiera altos costos de mantenimiento.
 Poseer un desplegado gráfico de la prueba.
 Utilizar un sensor que pueda ser limpiado, incluso desechado.
 Contar con un proveedor confiable que pueda proporcionar entrenamiento,
servicio y reparación.
 Que posea instrucciones de operación, rutina de mantenimiento y calibración.
Uno de los puntos clave para mantener el control de calidad de la prueba es la
calibración del instrumento.
La calibración depende principalmente del tipo de sensor utilizado. Algunos
proveedores sugieren que esta sea realizada diariamente con una jeringa certificada
de 3 litros. Además del flujo y del volumen se debe considerar en la evaluación del
instrumento, la linealidad y el estado físico.
Los espirómetros pueden medir directamente volumen o el flujo. Cabe aclarar
que las mediciones indispensables de un espirómetro son flujo o volumen y el
tiempo. Teniendo flujo y tiempo se puede integrar el volumen. Asimismo, teniendo
volumen y tiempo se puede derivar flujo. En la Tabla 4.2 se detalla las diferencias
entre los espirómetros con sensor de flujo o de volumen.
18
Tabla 4.2: Diferencias entre espirómetros de flujo y de volumen
4.2.6 Requerimientos para Validar la Prueba Espirométrica
La prueba debe constar de un mínimo de tres maniobras satisfactorias, y
preferentemente un máximo de ocho, idealmente con una variabilidad menor de 0.2L
en el FEV1 y FVC, para considerar una correcta evaluación y graficación. Las
variaciones en el aire ventilado son altamente dependientes de la posición de la
persona debido a variaciones en la presión intrapleural. Para la prueba en adultos se
obtendrán mejores resultados si se asegura que el paciente se siente erguido con
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los pies apoyados firmemente en el piso. En los niños es a menudo mejor si se
realiza de pie. Se recomienda tapar la nariz por medio de una pinza nasal para evitar
inspiraciones inconscientes durante la prueba, colocando además la boquilla con los
labios apretados alrededor de ella. Se espirará el aire tan rápido y tan
prolongadamente como sea posible, de forma que los pulmones queden vacíos (con
tan solo el volumen de reserva). De acuerdo con la ATS, al menos dos de las tres
mejores espiraciones no deben variar entre sí más del 5% o más de 100 ml.
Siempre se valorará la maniobra desde su inicio, curso y finalización. El
espirómetro debe ser capaz de acumular por lo menos el volumen de aire exhalado
en un tiempo de 15 segundos y volúmenes de aire mayores a 8 litros con un error
máximo de 3%.
En pacientes con obstrucción, puede tomar varios segundos la espiración de
aire. Se debe reconocer a esos pacientes a los cuales el esfuerzo se vea reducido
por dolor de pecho, problemas abdominales, problemas de incontinencia e incluso
por falta de confianza. El mal entendimiento de la maniobra es la causa del 90% de
los problemas encontrados.
4.2.7 Interpretación de la Prueba Espirométrica
Para poder interpretar correctamente una espirometría deben seguirse siempre unos
pasos concretos, y en el mismo orden:
1. Mirar la forma y duración de las curvas, tanto las de volumen/tiempo como las
de flujo/volumen, aportando mucha más información la de flujo/volumen.
2. Leer los valores de las variables. Debe empezarse por la relación FEV1/FVC,
luego la FVC y por último el FEV1.
20
Lo anterior demanda que debemos conocer los patrones normales, obstructivos,
restrictivos y mixtos.
 Patrón Normal
En ausencia de patología, la espirometría no muestra alteraciones, si bien en
determinados sujetos puede haber algunas pequeñas variantes de la
normalidad que no son patológicas. En este patrón es habitual que la CVF
sea igual a la CV. El VEF1 es la cantidad de aire que una persona expulsa
durante el primer segundo de una maniobra espiratoria forzada. En la Figura
4.6 se muestra la curva volumen/tiempo normal y en la Figura 4.7 se presenta
la curva flujo/volumen normal.
En sujetos con mucha fuerza muscular, podemos encontrar un PEF
muy elevado, presentando una especie de “capuchón” en la curva flujovolumen, tal como se muestra en la Figura 4.8. Igualmente en algunos sujetos
jóvenes sanos puede aparecer una ligera “joroba” en la parte descendente de
la curva, que no tiene significado patológico, lo que se puede observar en la
Figura 4.9.
Figura 4.6: FVC y FEV1 en una curva
normal volumen-tiempo
21
Figura 4.7: FVC y FEV1 en una curva
norma flujo-volumen
Figura 4.8: “Capuchón”
característico en sujetos
de mucha fuerza muscular
Figura 4.9: Ligera
“joroba”, en algunos
sujetos sanos
 Patrón Obstructivo
En la patología obstructiva existe un obstáculo a la salida del aire contenido
en los pulmones, o que va a condicionar la existencia de menores flujos y un
enlentecimiento de la salida del aire.
Se define como una reducción del flujo espiratorio máximo respecto de
la capacidad vital forzada, y se detecta mediante la relación VEF1/CVF que
22
será menor del 70%. Se observa una CVF normal, un VEF1 disminuido y
principalmente
el
índice
VEF1/CVF
también
disminuido.
Los
flujos
dependientes del esfuerzo como el flujo espiratorio pico (PEF1) y el FEF 2575% no deben utilizarse para valorar el grado de obstrucción. En las figuras
4.10
y
4.11
se
pueden
observar
las
curvas
correspondientes
volumen/tiempo y flujo/volumen.
Figura 4.10: Patrón normal y obstructivo en
una curva volumen-tiempo
Figura 4.11: Patrón normal y obstructivo en
una curva flujo-volumen
a
23
 Patrón Restrictivo
La restricción supone una incapacidad para mover la misma cantidad de aire
que en circunstancias normales. Puede deberse a causas pulmonares
(fibrosis, amputación quirúrgica de parte de un pulmón, atelectasias,
ocupación de espacios alveolares por líquido…) o bien a causas relacionadas
con la pared torácica que impidan la correcta expansión de la misma
(cifoescoliosis severa, problemas neuromusculares…). En otras palabras, es
la reducción de la capacidad pulmonar total (CPT), y por lo tanto de la
capacidad vital (CV). Las enfermedades restrictivas limitan la expansión
pulmonar, que se manifiesta en disminución del VEF1 y de la CVF. El
VEF1/CVF aparece normal. Las curvas del patrón restrictivo pueden
apreciarse en las figuras 4.12 y 4.13.
Figura 4.12: Patrón normal y restrictivo en una curva
volumen-tiempo
24
Figura 4.13: Patrón normal y restrictivo en una curva
flujo-volumen
 Patrón Mixto
Algunos individuos pueden mostrar también evidencia de una combinación de
obstrucción aérea y una CVF baja, como pueden observarse en las figuras
4.14 y 4.15.
Figura 4.14: Patrón normal y mixto en una curva
volumen-tiempo
25
Figura 4.15: Patrón normal y mixto en una curva flujovolumen
En las tablas 4.3 y 4.4 se muestran los posibles patrones de pruebas
espirométricas:
Tabla 4.3: Enfermedades pulmonares y resultado de la espirometría
Interpretación
CVF
VEF1
VEF1/CVF%
Espirometría normal
Normal
Normal
Normal
Obstrucción de vías aéreas
Baja normal
Bajo
Bajo
Restricción pulmonar
Baja
Bajo
Normal
Combinación de Obstrucción Baja
Bajo
Bajo
y Restricción
26
Tabla 4.4: Volúmenes pulmonares en individuos sanos
Parámetros
Capacidad Inspiratoria
Hombres
Mujeres
Hombres
jóvenes
jóvenes
ancianos
3.6
2.4
2.6
Reserva 1.2
0.8
1.0
Capacidad Vital
4.8
3.2
3.6
Volumen Residual
1.2
1.0
2.4
Residual 2.4
1.8
3.4
Volumen
de
Espiratoria
Capacidad
Funcional
Capacidad Pulmonar Total
6.0
4.2
6.0
Volumen de Espacio Muerto
0.16
0.1
0.18
En la Figura 4.16 se presenta un diagrama de evaluación espirométrica.
4.3
Leyes Físicas que gobierna el Sistema Respiratorio
Debido al complejo funcionamiento fisiológico del pulmón, se trata de establecer
concordancia con nuestro entendimiento y situación real, por medio de leyes o
dogmas físicas.
El aire, al igual que otros fluidos, se mueve de una región de mayor presión a
otra de menor presión. El intercambio de gases en el organismo es posible por
medio de una diferencia de presión existente en el interior del pulmón y una fuerza
externa. En condiciones normales, la inspiración ocurre cuando la presión alveolar
cae por debajo de la presión atmosférica (0 cm de H2O). El movimiento del
27
diafragma y de las paredes del pecho por los músculos intercostales, produce la
fuerza para lograr esa presión negativa, encontrando oposición al movimiento por la
presencia de resistencia elástica de las paredes del pulmón, y por la fuerza de
fricción ante el flujo de gas en el pulmón, tejido de la pared torácica y vías aéreas. El
trabajo requerido para vencer la resistencia de fricción se pierde; pero el trabajo
hecho para vencer la resistencia elástica de las paredes es almacenado, de forma
similar a un resorte en la ley de Hooke, y utilizado en la espiración, permitiendo que
esta última acción sea un movimiento regularmente pasivo.
Figura 4.16: Diagrama de evaluación espirométrica
28
4.3.1 Tipos de Flujo Respiratorio
El movimiento del aire al respirar, presenta principalmente dos tipos de flujo:
 Laminar
Caracterizado por que las partículas de los fluidos se mueven a lo largo de
láminas adyacentes sin mezclarse. La agitación de las partículas del fluido es
solo de naturaleza molecular y están restringidas a moverse en trayectorias
esencialmente paralelas, debido regularmente a la acción de la viscosidad. El
estudio del flujo laminar es descrito por la ley de Poseuille.
 Turbulento
Caracterizado por que las partículas de los fluidos no permanecen en capas,
sino que se mueven en forma heterogénea a través del flujo, deslizándose
más allá de otras partículas y chocando con algunas otras, produciendo un
mezclado rápido y continuo del flujo. La medición de turbulencia es descrita
por el número de Reynolds. Debido a que en la turbulencia el movimiento de
las pequeñas masas de fluido es caótico, aún en pequeñas distancias, resulta
matemáticamente irrealizable determinar el movimiento de las partículas
individuales del fluido. Sin embargo, considerando el movimiento promedio de
las agregaciones de partículas de fluido o por medio de métodos estadísticos,
se puede obtener relaciones matemáticas.
El flujo transicional es una mezcla de los flujo laminar y turbulento que suele
ocurrir en puntos de ramificación o próximos a obstrucciones parciales.
El flujo laminar en la respiración ocurre solamente en las vías más pequeñas,
donde la velocidad lineal del flujo aéreo es extremadamente baja. La
29
velocidad lineal en cm/s es igual al flujo en cm3/s dividido entre el área de
corte transversal.
El flujo turbulento en la respiración y el transicional son ocasionados por flujos
inspiratorios-espiratorios altos y variables, vías aéreas grandes, cambios de
diámetro de los pulmones y vías respiratorias, ramificaciones y ángulos
existentes en el sistema respiratorio.
4.3.2 Número de Reynolds
El número de Reynolds, descrito por Osborne Reynolds en 1883, es un número
adimensional utilizado para caracterizar el movimiento de un fluido. Es el cociente
resultante de comparar las fuerzas de inercia y los términos viscosos de las
ecuaciones de Navier – Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos. La
fórmula que describe el número de Reynolds en un tubo es:
Re 
V s D
u

Vs D

(4.1)
Donde:
 : es la densidad del flujo dada en (Kg/m3)
Vs : es la velocidad característica del fluido, cuya unidad es (m/s)
u : es la velocidad cinemática del fluido expresada en (Kg/m.s)  10 5
D : es el diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido en (m)
 : es la velocidad dinámica del flujo expresado en (m 2 / s )  10 5
En la clasificación de flujos laminares y turbulentos, si el número de Reynolds es
inferior de 2000 el flujo será laminar, y si es mayor de 4000 el flujo será turbulento.
Par un valor crítico de este parámetro entre 2000 y 4000, existe una zona de
30
incertidumbre
y
el
comportamiento
del
fluido
no
puede
ser
modelado,
considerándose como flujo transicional.
El índice de Reynolds puede verse afectado por varias condiciones incidentes como:
 La quietud inicial del fluido
 La forma de entrada del tubo
 La rugosidad del tubo
4.3.3 Ley de Poseuille
También llamada Hagen – Pouisuille, es una ley física formulada en 1840
concerniente al volumen de flujos estacionarios laminares o líquidos viscosos
uniformes e incomprensibles, que pasa a través de un tubo cilíndrico definida por:

d
R 4
 R 2 
dt
8
4
  P  R P1  P2



L
 x  8
Donde:
 : es el flujo expresado en m3/s
 : es la mediana de la velocidad expresada en m/s
x : es el vector de dirección de flujo expresado en m.
R : es el radio interno del tubo expresado en m.
P : es la diferencia de presión entre los dos terminales expresada en Pa.
L : es la longitud del tubo expresada en m.
 : es la viscosidad dinámica del fluido expresada en ( Kg / m.s )  10 5
( 4 .2 )
31
V.
MATERIALES Y MÉTODOS
La metodología empleada es la siguiente:
a. Definir la instrumentación usada por el espirómetro.
b. Construir el espirómetro virtual, tanto a nivel de hardware como a nivel
de software.
c. Efectuar las pruebas espirométricas.
d. Efectuar las conclusiones en base a los resultados obtenidos y efectuar
algunas recomendaciones para trabajos futuros.
5.1
Instrumentación Espirométrica
5.1.1 Mediciones de Flujo
Para la determinación de una enfermedad respiratoria, resulta de interés conocer la
presión interior del pulmón y la diferencia de presión que existe entre éste y el medio
ambiente, es decir su capacidad y esfuerzo. Como se mencionó anteriormente, un
procedimiento para medir la diferencia de presión en el organismo, es medir el flujo
entrante al sistema respiratorio. Otra técnica es la medición directa de volúmenes.
De acuerdo a la señal sensada, los espirómetros se clasifican en espirómetro de
flujo y espirómetro de volumen.
 Espirómetro de Flujo:
Los espirómetros de flujo miden directamente el flujo ventilatorio, y por
integración el volumen.
 Espirómetro de Volumen:
Los espirómetros de volumen obtienen el volumen ventilatorio directamente y
por diferenciación el flujo.
32
Para lograr un tratamiento o procesamiento electrónico, habitualmente se eligen los
espirómetros de flujo, que es el que se utilizará en este trabajo de investigación.
El procedimiento más común para medir el flujo, es por medio de dispositivos
en los que el caudal de aire o líquido produce una diferencia de presión,
regularmente como respuesta a una obstrucción en el flujo. Tal es el caso de los
Flujómetros de Orificio, de Pitot, tubos de Venturi, Vortex, sensores de turbina y de
desplazamiento, dispositivos utilizados habitualmente en la industria. Estos
instrumentos presentan una zona muerta significativa debido a su morfología, lo que
las inhabilita para utilizarse en mediciones Ventilatorias de seres vivos. Estos tipos
de flujómetros se presentan en la Figura 5.1.
Figura 5.1: Flujómetros por medición de presión diferencial, del tipo
a) Orificio, b) Cánula, c) Venturi, d) Pitot, e) Codo centrífugo, f) Lazo
centrífugo.
En consecuencia, a nivel médico se utilizan los neumotacógrafos, cuyo
funcionamiento se basa también en el principio de medición de presión producida
por obstrucción en el flujo, aunque con diversificaciones en las leyes físicas que
rigen su comportamiento.
33
5.1.2 El Neumotacógrafo
Los neumotacógrafos son sensores de flujo gaseoso que transforman la señal
primaria, es decir, el aire espirado por el paciente, en presión diferencial
proporcional. Dicha presión diferencial es producida por la presencia de una
resistencia neumática en la boquilla del neumotacógrafo. Dicha resistencia es
conocida como neumotacómetro. De acuerdo al tipo de neumotacómetro, los
neumotacógrafos se clasifican en:
 Neumotacógrafos de turbina
 Neumotacógrafos de gradiente térmico
 Neumotacógrafos ultrasónicos
 Neumotacógrafos de resistencia neumática, que puede clasificarse en
Neumotacógrafo de Fleisch y Neumotacógrafo de Lilly.
En el presente trabajo se ha utilizado el neumotacógrafo de resistencia neumática
tipo Lilly.
Los neumotacógrafos de resistencia neumática, como el que se muestra en la
Figura 5.2, son considerados sensores de flujo gaseoso que provocan una caída de
presión diferencial proporcional al flujo de aire que pasa a través de un elemento de
resistencia neumática. Dicha resistencia es constante a través del rango de
medición, y la presión es proporcional al flujo a través del tubo.
Figura 5.2: neumotacógrafo de Resistencia Neumática.
34
La sensibilidad depende de la estructura geométrica del neumotacógrafo, que puede
presentar dos clases de variantes: de tipo Fleisch y de tipo Lilly.
 Neumotacógrafo de Fleisch
En este tipo de neumotacógrafo, el sistema de resistencia es implementado
con tubos capilares de 1 ó 2 mm de diámetro y de 3 ó 5 cm de longitud,
colocados en paralelo, formando una estructura cilíndrica de varios
centímetros de diámetro, tal como puede apreciarse en la Figura 5.3.
Figura 5.3: neumotacógrafo de Fleisch.
 Neumotacógrafo de Lilly
En este tipo de neumotacógrafo, se sustituyen los tubos capilares por
membranas o por una membrana metálica, siendo su funcionamiento,
básicamente igual. En la Figura 5.4 se puede observar este tipo de
neumotacógrafo.
Figura 5.4: neumotacógrafo de Lilly.
35
Los neumotacógrafos de resistencia neumática son los más utilizados en el mundo
por su practicidad, costo y durabilidad. El principio físico que rige su funcionamiento
es la ley de Poseuille, dada por la ecuación (4.2).
Una condición indispensable para poder aplicar la ley de Poseuille, es que el
flujo de la espiración sea laminar, es decir, que cumpla con un índice de Reynolds
menor a 2000. Dicha exigencia se puede garantizar colocando una película
reticulada en la boquilla del neumotacógrafo, que redistribuya el flujo. El índice de
Reynolds estará entonces influenciado por el tamaño de los orificios de dicha
película.
A ambos lados de la resistencia neumática, se presentará una diferencia de
presión que puede convertirse en una señal eléctrica por medio de un transductor
piezoresistivo, por ejemplo, una galga extensiométrica.
El diagrama de bloques de un espirómetro de flujo se presenta en la Figura
5.5, que comprende de un sensor de flujo gaseoso (neumotacógrafo), un transductor
de presión, el circuito de acoplamiento o acondicionamiento, un convertidor A/D y un
dispositivo computacional que incluye hardware y software.
Figura 5.5: Diagrama de un Espirómetro de Flujo.
36
Si el cuerpo del neumotacógrafo se encuentra a una temperatura inferior que la
temperatura corporal, se produce un descenso en la temperatura del gas espirado,
que provoca condensación del vapor de agua en la malla o tubos capilares, según
sea el caso. Esto aumenta el valor de la resistencia y provoca una sobrevaloración
de las medidas de flujo. Para evitar este problema, se coloca una resistencia
eléctrica calefactora (Figura 5.6) alrededor del cuerpo del neumotacógrafo, que
mantiene la temperatura a 37°C. Otro parámetro importante a considerar al usar un
neumotacógrafo, es el volumen de aire dentro del mismo, que puede fluir de forma
bidireccional, y de no ser directamente acoplado, puede suceder que el paciente al
momento de inspirar aire, reciba el aire que exhaló en una prueba anterior, debido al
espacio muerto.
Figura 5.6: Neumotacógrafo tipo Fleisch con resistencia
calefactora.
5.1.3 Galgas Extensiométricas
Las galgas extensiométricas son elementos que tienen la propiedad de cambiar la
magnitud de resistencia eléctrica en respuesta proporcional a una deformación o
estrés. El elemento extensiométrico puede ser líquido, un aislante con relleno
electroconductivo, un metal o un semiconductor. En la Figura 5.7 puede apreciarse
el aspecto físico de una galga extensiométrica.
37
Figura 5.7: Aspecto físico de una Galga
Extensiométrica.
El factor de galga, que es una medida de la sensitividad de la galga extensiométrica
ante una tensión aplicada en un extremo, viene dada por:
K
R / R
 / 
 1  2v 
l / l
l / l
(5.1)
Donde:
1: representa la sensitividad debida a un cambio en la longitud
2v : es la sensitividad debida a un cambio en el área de sección transversal
 / 
: es un factor que expresa el cambio en la resistencia ante la presencia de
l / l
tensión.
Las galgas de material semiconductor están caracterizadas por un factor de
galga hasta 2 veces mayor que las de metal, es decir, el cambio de resistencia ante
una deformación es mucho mayor. Los semiconductores más sensibles al stress son
el Silicio (Si), el Germanio (Ge), el Arseniuro de Indio (InSb), el Fosfato Índico (InP),
el Arseniuro de Galio (GaAs) y el Antimonio de Galio (GaSb). Las más utilizadas son
las galgas de Silicio, porque son químicamente inertes y su tecnología es
ampliamente desarrollada a nivel industrial. Otra versión de galgas semiconductoras
es un diafragma de Silicio que actúa como un elemento elástico. Las galgas forman
38
estructuras de medio puente o puente completo, que son usualmente combinadas
con elementos de compensación de temperatura.
5.2
Construcción del Espirómetro Virtual
De acuerdo a los requerimientos y objetivos propuestos, como son costo, exactitud,
facilidad de manejo, portabilidad y procesamiento electrónico de datos, se decidió la
implementación de un neumotacógrafo de flujo de resistencia neumática tipo Lilly. A
continuación se describe el procedimiento seguido en la construcción de cada una
de las partes constitutivas.
5.2.1 Partes del Sistema
Las partes componentes del sistema implementado son:
a)
Captura de la magnitud física (flujo de aire) por medio del
neumotacógrafo de Pantalla Lilly.
b)
Sensado
de
la
presión
diferencial
dentro
del
neumotacógrafo
correspondiente al flujo de aire espirado por el paciente, y lo que
indirectamente medimos es el voltaje en los terminales de salida del
sensor de presión MPX2100DP.
En la Figura 5.8 puede observarse los componentes (a) y (b)
c)
Acondicionamiento de la señal:

Primera parte: Acondicionamiento de la temperatura dentro de la
cavidad de neumotacógrafo, es decir se controla la temperatura de
una resistencia calefactora de 10  (neumotacómetro), evitando la
condensación del vapor de agua en las paredes interiores del
neumotacógrafo y del sensor de Presión Diferencial MPX2100DP.
39
Resistencia calefactora
Neumotacógrafo
Flujo de aire
Mangueras de
conexión
Filtro de fibra
sintética
Salida de
Voltaje
Sensor de presión diferencial
Figura 5.8: Representación del
neumotacógrafo y sensor de flujo
Para el control de temperatura se utiliza un sensor en grados Celsius
LM35, colocado internamente cerca de la resistencia calefactora que
registra la temperatura actual dentro del neumotacógrafo. El valor
entregado por dicho sensor es comparado con un voltaje de
referencia de 3.5 V, equivalente a 35°C y acondicionado por dos
amplificadores. Si el voltaje resultante (error) es mayor a 1 voltio
excita
al
optoacoplador
4N25,
activando
la
resistencia
de
calentamiento. El diagrama correspondiente se presenta en la Figura
5.9.
40
Figura 5.9: Diagrama correspondiente al Control de
temperatura del neumotacógrafo
La alimentación para el sensor LM35 y el LM311 proviene de una
fuente de 5V, mientras que la resistencia calefactora es alimentada
con otra fuente de 5V, para así asegurar que el optoacoplador
funcione correctamente, mientras que el amplificador TL081 es
alimentado por una fuente simétrica de  15V .

Segunda
parte:
Acondicionamiento
analógico
de
la
señal
proveniente del sensor MPX2100, usando un amplificador de
instrumentación AD524, tal como se aprecia en la Figura 5.10.
Figura 5.10: Acondicionamiento de la señal
proveniente del sensor de presión
41
d)
Conversión A/D y procesamiento de la señal:
La conversión A/D se realiza por intermedio de una tarjeta de adquisición
de datos NI USB-6008 de National Instruments de 12 bits de resolución,
alimentado a 10V, que toma la señal amplificada proveniente del
amplificador AD524 y lo digitaliza para su procesamiento posterior.
Es importante mencionar que el sensor MPX2100DP, mostrado en la
Figura 5.11, puede medir presiones en el rango de 0 a 100 kPa, que
corresponde a un rango de voltaje entre 0 a 40mV, con offset nulo. Esto
implica que el amplificador AD524 amplifica la señal proveniente del
sensor 100 veces, necesario para que pueda acoplarse a la tarjeta de
adquisición NI USB 6008.
e)
Figura 5.11: Aspecto del sensor MPX2100DP
En la Figura 5.12 se presenta el diagrama completo del sistema de
sensado, acondicionamiento y adquisición, constituidos por: el sensor, el
amplificador y la tarjeta de adquisición de datos. Asimismo, en la Figura
5.13 se presenta el aspecto físico de la tarjeta de adquisición indicada, y
en la Figura 5.14 el aspecto físico del sistema implementado.
42
Figura 5.12: Acondicionamiento de señal y
adquisición de datos
Figura 5.13: Aspecto físico de la tarjeta de
adquisición de datos NI USB 6008
Figura 5.14: Aspecto físico del Espirómetro de flujo
43
f)
Filtraje y Procesamiento de la señal mediante LabVIEW: Se usa un filtro
Pasa Bajo IIR y luego el procesado de la señal para obtener el flujo
medido usando la ecuación de Poseuille.
Es necesario indicar que la tarjeta de adquisición se configuró para
trabajar con tensiones en el rango de +7V a +12V con una frecuencia de
muestreo de 10Khz. Posteriormente se implementa el filtro pasa bajo con
frecuencia de corte de 10 Hz. El filtro es un IIR del tipo Butterwoth.
Posteriormente se implementa la igualdad de Hagen-Poseuille que
permite convertir el voltaje medido por el sensor en flujo laminar de aire
exhalado por el paciente.
Las mediciones de flujo y de volumen son guardadas en un archivo de
datos para posteriormente ser recuperadas.
g)
Monitoreo o Interfaz con el Usuario mediante LabVIEW.
Para el monitoreo del flujo y volumen de aire expirado, las señales son
fusionadas en una sola gráfica. El monitoreo del flujo de aire solo será
posible por medio de la lectura de los datos guardados previamente y
pasados hacia el displayamiento gráfico. El programa el LabVIEW se
muestra en la Figura 5.15.
44
Figura 5.15: Programa de adquisición, procesamiento y monitoreo en LabVIEW.
5.2.2 Costos
El costo correspondiente a los componentes mecánicos-eléctricos: neumotacógrafo
y la manguera de aire, es de 30 nuevos soles. Los componentes electrónicos como:
Circuitos integrados amplificadores, optoacopladores, sensor de presión, sensor de
temperatura, tarjeta de placa impresa, entre otros, asciende a 300 nuevos soles. La
tarjeta de adquisición de datos asciende a 250 dólares (720 nuevos soles). No se
contempla el costo del software, debido a que la UNAC tendría que renovar licencia
de LabVIEW; por lo que se programaría en C++, que no implica costo adicional. En
caso de usar LabVIEW, se puede usar la versión de prueba, que tampoco implica
costo alguno, ya que está incluido en el costo de la tarjeta. En total, el costo
asciende a la suma de 1050 nuevos soles ($ 368). Este costo está muy por debajo
de un espirómetro comercial.
45
VI
RESULTADOS
6.1
Resultados de la Prueba Espirométrica
Para efectuar las pruebas, se consideró los requerimientos considerados en la
sección 4.2.6, realizando más tres (03) pruebas de espiración de una persona de
sexo masculino de 40 años, hasta lograr una gráfica estable que sea considerada
como válida luego de la comparación con los patrones espirométricos.
Antes de correr el programa de adquisición, se requiere que la tarjeta de
adquisición de datos NI USB-6008 esté conectada al circuito electrónico presentado
en el informe anterior, y al puerto USB, para así lograr la transmisión y la conversión
A/D de la señal proveniente del sensor de presión diferencial.
La prueba final realizada arrojó una lectura de 3.75 litros de la Capacidad Vital
Forzada (CVF), tal como puede observarse en la parte superior izquierda de la
Figura 6.1, muy aproximada a la correspondiente de un patrón normal según la ATS,
que es una CVF de 3.89 litros, como puede apreciarse en la parte superior derecha
de la figura indicada. Dicho patrón fue presentado en la Figura 4.6 de la sección
4.2.7.
Figura 6.1: Pantalla de la prueba espirométrica.
46
VII.
DISCUSIÓN
7.1
Comparación con un Patrón Espiratorio Normal
En la parte izquierda superior de la Figura 6.1 se puede apreciar la curva real del
volumen de aire expirado por una persona de 40 años, a la derecha superior se
aprecia la curva normal de volumen, en la parte inferior izquierda se aprecian los
diferentes patrones de personas con problemas respiratorios que fueron tratados en
la sección 4.2.7, y en la parte inferior derecha se presenta un cuadro que señala el
índice de gravedad del paciente.
Como se podrá apreciar, el volumen de aire expirado por la persona
corresponde a una CVF de 3.75 litros, valor muy aproximado al patrón normal de
una CVF de 3.89 litros. La pequeña diferencia puede deberse a consideraciones de
masa corporal de la persona sana y a la edad. Es necesario anotar que el patrón
normal indicado (ver sección 4.2.7) es un patrón promedio. Asimismo, en la tabla 4.4
puede observarse la CVF (que está anotada como Capacidad Vital) correspondiente
a hombres jóvenes, mujeres jóvenes y hombres ancianos sanos.
En consecuencia, de todo lo tratado, se puede decir que se ha cumplido con
los objetivos y la hipótesis planteada en este trabajo de investigación.
7.2
Conclusiones y recomendaciones
Las conclusiones más importantes que se pueden anotar como resultado de este
trabajo de investigación son:
1. El presente trabajo está enmarcado dentro del área de la Bioelectrónica o
Electrónica Médica, y que muestra una aplicación muy importante en la
evaluación de la salud respiratoria mediante la Espirometría.
47
2. Lo más importante de este proyecto tecnológico, es la realización de un
instrumento moderno, exacto y de bajo costo, accesible a todas las personas.
Como se podrá observar en el Anexo C, el precio de un espirómetro portátil
para usar con PC modelo SPIROTUBE es de 880 €, que supera los 368 $
correspondiente al presente proyecto.
3. El espirómetro virtual implementado, cumple con las normas internacionales
referidas a equipos médicos, específicamente con las recomendaciones de la
institución internacional ATS (Sociedad Americana del Tórax), como se
mencionó en la página 16 del presente trabajo.
4. El espirómetro virtual de flujo desarrollado, puede ser de gran ayuda para los
médicos en la prevención y diagnóstico de enfermedades respiratorias.
5. Se logró implementar un espirómetro amigable, gracias al software realizado
en LabVIEW, versión 2009, y usando la tarjeta de adquisición de datos NIUSB 6008.
Como recomendación, se sugiere:
1. Seguir usando la tarjeta de adquisición de datos DAQ NI-USB 6008; pero en
vez de programar en LabVIEW, hacerlo en C++, con la finalidad de no tener
inconvenientes con la licencia de LabVIEW.
2. Para incrementar la resolución del equipo, se podría usar la DAQ-USB 6009
en reemplazo de la DAQ-USB 6008, debido a que la 6009 tiene una
resolución de 14 bits, mientras que la 6008 tiene una resolución de 12 bits.
3. Para optimizar el equipo, se podría considerar el uso de displays de cristal
líquido, adicional al monitoreo por PC.
48
4. Se debe tener presente las características técnicas de cada componente
electrónico, a fin de evitar daños consiguientes.
49
VIII.
REFERENCIAS
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1.
Andersen & Wenzel. “Introduction to Chemical Engineering”.McGraw-Hill,
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2.
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Mérida: Universidad de Los Andes, 2001.
3.
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Devices”, Custom Computer Services Incorporated , (2003).
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5.
Kitchin,
Charles
and
Countres,
Lew.
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Designer´s
Guide
to
Instrumentation Amplifiers” ,Analog Devices , (2000).
6.
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Agosto 2008.
Tesis:
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Hernández Valdivieso, Alher Mauricio. “Análisis del Sistema de Control
Respiratorio ante Estímulos y Patologías Ventilatorias”, Universidad
Politécnica de Cataluña, España, 2007.
2.
Martínez Jimeno, Antonio. “Alteraciones de la Función Pulmonar en los
Lactantes con Bronquiolitis”, Universidad Complutense de Madrid,
Febrero, 1995.
3.
Zamudio López, Tomás. “Ventilación Pulmonar Sincrónica Neonatal.
Revisión Teórica, Cuadro Comparativo y Revisión de Equipos”,
Universidad Autónoma Metropolitana, México D.F., 1997.
50
Artículos:
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Digital Spirometer with LabView Interface, 18th International Conference
on Electronics, Communications and Computers, México.
2.
Chii-Wann Lin. Prototype development of digital spirometer. Engineering
in Medicine and Biology Society, 1998. Proceedings of the 20th Annual
International Conference of the IEEE , Volume: 4 , 29 Oct.-1 Nov. 1998
Page(s): 1786 -1788 vol.4.
3.
Fabián
Neer,
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Aplicaciones
del
Software
LabView
en
Electromedicina. Departamento de Electrónica, Universidad Tecnológica
Nacional.
4.
García Mejía Juan, Camarena Vudoyra, Alejo Eleuterio, Gonzáles de la
Rosa Manuel. Un Espirómetro Virtual: Diseño e Implementación Basados
en Análisis Estructurado, Transformada Wavelet Discreta y Matlab.
Centro Universitario UAEM Atlacomulco, Laboratorio de Instrumentación
Virtual, 2011.
5.
J. Hutchinson. On the capacity of the lungs and on the respiratory with a
view of establishing a precise and easy method of detecting disease by
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6.
Nakesch, H.; Pfutzner, H. Alternative sensor principles for thedetection of
human respiration usingamorphous ferromagnetic materials. Proceedings
of the First Regional Conference., IEEE 15-18; Feb. 1995; Page(s): 1/17
-1/18.
7.
Stephan Mallat. A Wavelet Tour of signal Processing. Pages 12-15
second Edition Academic Press 1999.
51
Páginas Web:
1.
Maxim, “MAX232 Data Sheet”, Maxim, (1997) . www.maxim-ic.com
2.
Rick
Bitter,
Taqi
Mohiuddin,Matt
Nawrocki,
“Labview
Advanced
Programming Techiniques”, CRC Press, (2001) . Nationals Intrument,
“Labview User´s Manual”, National Instruments , (2003). www.ni.com
52
APÉNDICE A.
Programa en LabVIEW
Figura A.1: Programa en LabVIEW del Espirómetro Virtual
53
APÉNDICE B.
Programa en SIMULINK de las secciones de Sensado y Acondicionamiento
Es importante anotar que entendiendo que este trabajo corresponde al diseño de un
espirómetro virtual y no físico, el modelamiento matemático corresponde tan solo a
la parte física, esto es, a las secciones de Sensado y Acondicionamiento,
considerando además que la presión de aire que recibe el sensor de presión
corresponde a un flujo acondicionado en temperatura para evitar condensación en
las paredes interiores del neumotacógrafo. En consecuencia, en este Apéndice se
presenta el modelo matemático ejecutado en Simulink de las secciones de Sensado
y Acondicionamiento, para lo cual se utiliza el circuito correspondiente a la Figura
5.12. En dicha figura se aprecia el circuito equivalente del sensor de presión
conectada al amplificador AD524 y cuya salida es acoplada a un diodo de silicio. La
temperatura regulada en el Neumotacógrafo es 35°C (ver Figura 5.9), la cual es
captada por un sensor de presión diferencial con offset nulo de código MPX2100DP
con respuesta lineal P-V (Presión-Voltaje), por lo que puede representarse como una
entrada rampa con valor inicial de 0 mV (que corresponde a 0 kPa) y un valor final
de 40 mV (que corresponde a 100kPa) (ver ANEXO B). La salida en mV del sensor
de presión es amplificada con ganancia 100 y luego conectada a la entrada
analógica de la tarjeta de adquisición de datos NI USB 6008 por intermedio de un
diodo de silicio para evitar que eventuales voltajes negativos pudieran pasar al
convertidor A/D de la tarjeta de adquisición de datos NI USB 6008.
El voltaje de salida de la sección de acondicionamiento está dado por la siguiente
ecuación:
Vo (t )  A Vi (t )  Vd
Donde:
( B.1)
54
Vi (t ) : Voltaje proveniente del sensor de presión
Vo (t ) : Voltaje de salida de la sección de acondicionamiento (que va a la tarjeta NI
USB 6008)
A : Ganancia del amplificador con un valor de 100
Vd : Caída de voltaje en el diodo de silicio con un valor de 0.7 voltios
El modelo de función de transferencia se obtiene aplicando transformada de Laplace
a la ecuación (B.1) y considerando nula la caída de voltaje en el diodo, el cual es
simple y directo. Así:
Vo ( s )  A Vi ( s )
Vo ( s )
A
Vi ( s )
( B.2)
En consecuencia, el diagrama de bloques de las secciones de Sensado y
Acondicionamiento ejecutado en Simulink es mostrado en la Figura B.1, y el
resultado de la simulación es mostrado en la Figura B.2 (voltaje capturado que
ingresa a la tarjeta de adquisición de datos NI USB 6008).
Figura B.1: Programa en Simulink de las secciones de
Sensado y Acondicionamiento
55
Figura B.2: Salida de tensión en voltios de la etapa de
acondicionamiento.
56
ANEXO A. Hoja de Datos del NI-USB 6008
57
ANEXO B. Hoja de Datos del Sensor de Presión MPX2100
58
59
60
61
ANEXO C. Especificaciones y Precio de un Espirómetro Portátil