Micro Escalado para dispositivo de dosificación de oxígeno a partir de aire
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Universidad Nacional de Tucumán , Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Bioingeniería
Resumen
Resumen elaborado con IA:
Este trabajo final de carrera del Departamento de Bioingeniería se enfoca en el desarrollo de un microdispositivo para dosificar oxígeno a partir del aire, en cumplimiento con los requisitos de graduación en Ingeniería Biomédica. El objetivo es ofrecer una alternativa más económica y accesible a los costosos cilindros de oxígeno.
El proyecto se justifica por la alta demanda de oxígeno controlado en la investigación biomédica (como en los dispositivos "lab-on-chip" y "multiorgan-on-a-chip") y en terapias médicas para la hipoxia.
El microdispositivo se basa en el Proceso de Adsorción por Variación de Temperatura (TSA), que utiliza un material adsorbente (zeolita 13X) para separar el nitrógeno del aire, dejando una corriente enriquecida en oxígeno. A diferencia de otros métodos, el TSA utiliza variaciones de temperatura en lugar de presión, lo que lo hace ideal para aplicaciones de pequeña escala y dosificación controlada.
El informe detalla el proceso de diseño y construcción del prototipo, que incluye:
Replicar el proceso TSA a nivel de laboratorio para entender sus variables.
Optimizar y escalar el proceso para un dispositivo de menor tamaño.
Construir un prototipo viable y evaluar su desempeño.
El objetivo final es crear un dispositivo funcional, fácilmente reproducible y adaptable a diversas aplicaciones en la biomedicina, eliminando la dependencia de métodos tradicionales de producción y suministro de oxígeno.
Descripción
INDICE
Contenido
AGRADECIMIENTOS .................................................................................................1
RESUMEN......................................................................................................................1
Motivación........................................................................................................................1
Objetivo general.....................................................................................................................2
Objetivos del proyecto...........................................................................................................2
INDICE ..................................................................................................................4
CAPÍTULO 1 .......................................................................................................6
1. Marco teórico.......................................................................................................................6
1.1 Métodos existentes de separación de oxígeno no criogénica...................6
1.2 Método de separación por variación de temperatura (TSA)...........................8
1.3 Material adsorbente ...............................................................................9
CAPITULO 2 ................................................................................................................11
2. Materiales y Métodos ..................................................................................11
2.1 Módulo de Evaluación............................................................................................11
2.2 Etapas del proceso de prueba .........................................................................13
2.3 Parámetros del proceso.....................................................................................14
2.4 Analizador de oxígeno..............................................................................15
2.5 Medición de flujo .........................................................................................16
2.6 Resultados obtenidos previamente ...................................................................16
2.7 Materiales de columna para microdispositivo ..................................20
2.8 Conductos de poliamida PA..........................................................21
2.9 Conductos de teflón........................................................................................22
2.10 Tubos de cobre ...................................................................................22
2.11 Materiales adsorbentes del microdispositivo ................................................24
2.12 Desafíos de diseño y soluciones propuestas ............................................25
CAPÍTULO 3 ...........................................................................................27
3. Diseño de producto mínimo viable .........................................................27
3.1 Micro escalado del módulo de evaluación................................................27
3.2 Desafíos constructivos.......................................................................................27
3.3 Hardware del dispositivo ....................................................................................28
3.3.1 Microcontrolador .............................................................................28
3.3.2 Módulo de Relés......................................................................................28
3.3.3 Control de temperatura.............................................................................28
3.3.4 Electroválvulas solenoides .................................................................29
3.4 Software del dispositivo..........................................................................30
5
3.5 Diseño 3D para producción.........................................................................31
3.6 Conexión en cascada .............................................................................31
3.7 Diseño de automatización..............................................................................32
3.8 Diseño de chasis................................................................................................35
3.9 Ensamblado..................................................................................................35
CAPÍTULO 4 .......................................................................................................37
4. Resultados..........................................................................................................................37
4.1 Evaluación del prototipo............................................................................37
4.2 Análisis de los resultados del prototipo...............................................38
4.3 Desarrollo tecnológico: puntos a mejorar.....................................................39
CAPÍTULO 5 ..............................................................................................42
5. Conclusiones ...........................................................................................42
REFERENCIAS............................................................................................................44
Palabras clave
Citación
Roldán Francisci, J. G. (2024). Micro escalado para dispositivo de dosificación de oxígeno a partir de aire [Trabajo de graduación en Ingeniería Biomédica, Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología].