Válvula venturi para máscara de respiración

Atendiendo al llamado del mundo, este proyecto busca unir fuerzas para combatir el virus COVID-19 desde la fabricación de un sistema de válvulas venturi utilizadas en los hospitales, las cuales están empezando a escasear por la cantidad de pacientes. Debido a esto se plantea el diseño y fabricación de dichas válvulas, por medio de la tecnología de impresión 3D y con la ayuda de la comunidad maker de todo el mundo.

El principal problema del COVID-19 es la afectación a los pulmones, a grandes rasgos esto genera que los alvéolos se llenen de mucosa, lo que dificulta la capacidad de respirar.

Para ayudar a respirar, se emplean válvulas venturi y su función es aumentar la presión del aire y proporcionar más oxígeno al paciente, generando presión positiva.

Para su funcionamiento, estas válvulas se basan en el principio venturi y en la ley de fluidos de Bernoulli.

Contexto

Análisis

A continuación se muestra la válvula de respiración:

  • En el punto p2 se genera una presión negativa, lo que hace que el aire ambiente entre a la válvula y se mezcle con el oxígeno, disminuyendo la concentración de oxígeno.
  • Entre más grande sea el área de entrada de aire A2, entrará más aire ambiente al sistema, lo que disminuye la concentración de oxígeno.

Consideraciones

Existen 2 tipos de válvulas, de concentración de O2 ajustable y de concentración fija.

Para efectos de diseño, es más sencillo tener válvulas de concentración fija, que se puedan cambiar dependiendo las necesidades de cada paciente.Los fabricantes de estas válvulas presentan una tabla donde especifican la concentración de oxígeno y el caudal con el que debe fluir el oxígeno, dependiendo de cada tipo de válvula, como se muestra a continuación:

Para efectos de diseño, es más sencillo tener válvulas de concentración fija, que se puedan cambiar dependiendo las necesidades de cada paciente.Los fabricantes de estas válvulas presentan una tabla donde especifican la concentración de oxígeno y el caudal con el que debe fluir el oxígeno, dependiendo de cada tipo de válvula, como se muestra a continuación:

Dicha concentración de oxígeno depende mayormente del área A1 por donde entra el oxígeno y de área A2 por donde entra el aire ambiente.

Las siguientes imágenes nos dan una idea de algunos parámetros importantes para diseñar:

La entrada de oxígeno es para una manguera de 6mm de diámetro y la salida es para la máscara de oxígeno que tiene 22mm de diámetro. Teniendo en cuenta esta información, se pueden hacer las siguientes suposiciones de diseño:

  • Al ser la manguera de 6mm y asumiendo un espesor de pared de 2mm, esto proporciona un rango de diámetros para A1 entre 4mm y 1mm; esto teniendo en cuenta que no sea posible imprimir un diámetro menor a 1mm con una impresora convencional.
  • Entre mayor sea el diámetro 1 (D1), habrá más flujo de oxígeno a la válvula, esto siempre y cuando el caudal de aire sea mayor.
  • Se sabe que entre menor sea el área A2, entrará menos aire ambiente y la concentración de oxígeno será mayor, al recibir todo el oxigeno directamente desde la máquina.

Con esas suposiciones, se diseñaron 4 tipos de válvulas:

  • Blanca: se esperan concentraciones de oxígeno entre 24% y 28%
  • Naranja: se esperan concentraciones de oxígeno entre 29% y 31%
  • Roja: se esperan concentraciones de oxígeno entre 32 y 40%
  • Verde: se esperan concentraciones de oxígeno entre 41% y 60%

Siendo los valores deseados los que se muestran en la tabla:

Diseño 3D

Invitación

Este proyecto está aún en desarrollo, pero invitamos a todos los que puedan ayudar, a unir fuerzas para combatir este virus que está afectando al mundo, pensemos colectivamente porque solo juntos lograremos vencer y con pequeñas acciones, lograremos grandes resultados.

Bibliografía y Descarga

Descarga: Thingiverse
Utopia Maker
David Figueredo