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Las personas que padecen COVID-19 necesitan aire enriquecido o concentrado con oxígeno, ya que el SARS-CoV-2 ataca los pulmones y disminuye su capacidad para absorberlo del ambiente.
Hemos visto en estas últimas semanas, que en redes sociales y diversos medios, se busca desesperadamente oxígeno medicinal para llevarlo a algún paciente enfermo, conseguirlo, puede ser la diferencia entre la vida y la muerte.
El oxígeno medicinal puede obtenerse de dos maneras, una es, en tanques presurizados y la otra es con los llamados concentradores de oxígeno, a continuación explicaremos brevemente cada uno de estos métodos.
Los tanques de oxígeno contienen este elemento al interior en forma gas presurizado, al abrir la válvula, se libera el oxígeno para que pueda ser administrado al paciente. Es importante mencionar que para obtener el oxígeno de esta forma se requiere gran infraestructura y controles de calidad estrictos.
La otra forma de conseguir oxígeno o aire enriquecido con oxígeno es mediante un concentrador, para esto, es importante entender o recordar lo siguiente de sus clases de química y es aquí cuando los que hemos dado clases de química podremos decir: ¡Se los dije!, la química incluso puede salvar su vida o la de sus seres queridos.
El aire que respiramos está compuesto de una mezcla de gases, principalmente es nitrógeno, de hecho, casi el 80% de lo que respiramos es nitrógeno, no oxígeno, como lo podemos ver en la siguiente gráfica.
Imagen 1: Porcentajes de los gases más comunes en la atmósfera
Debido a esto, cuando un paciente tiene alguna insuficiencia o disminución pulmonar, no puede absorber la cantidad suficiente de oxígeno para el funcionamiento de su cuerpo, lo cual, se puede contrarrestar si le administramos aire que tenga un mayor contenido de oxígeno, es decir, que sea más concentrado en oxígeno que en nitrógeno, pero, ¿Cómo podemos atrapar solo el nitrógeno para que nos quede solo el oxígeno que requerimos? ¿Habrá alguna manera de filtrarlo así como si fuese una coladera, malla o criba? Afortunadamente, gracias a la química, esto sí es posible.
Existen uno compuestos llamados ceolitas o zeolitas, que son minerales aluminosilicatos microporosos, los cuales, destacan por su capacidad de hidratarse y deshidratarse de forma reversible, diferentes tipos de zeolitas son ampliamente utilizadas en la filtración de compuestos contaminantes en distintos procesos industriales, cada una tiene propiedades diferentes, así como usos y características, esto es importante comprenderlo: NO TODAS LAS ZEOLITAS SON IGUALES.
Sin ponernos demasiado técnicos, existe un tipo de zeolitas que, gracias a su estructura molecular, actúan como un filtro, retiene moléculas grandes y deja pasar moléculas más pequeñas, las moléculas de nitrógeno son ligeramente más grandes que las de oxígeno, por lo cual, el nitrógeno queda atrapado en la zeolita y pasa solo el oxígeno, de hecho, esta es la forma de producir oxígeno a escala industrial.
Los concentradores de oxígeno, NO GENERAN OXÍGENO, esto es importante entenderlo, lo que hacen es: tomar el aire que se encuentra en el ambiente y pasarlo con cierta presión en los contenedores de zeolita, de esta forma, entra aire (con casi el 80% de nitrógeno como ya vimos) y sale oxígeno con una alta concentración.
ES MUY IMPORTANTE entender estos conceptos, se deben respetar las variables y seguir bien las instrucciones en el desarrollo de un concentrador de oxígeno, ya que de otra manera, no estaremos alcanzando los resultados esperados o incluso puede ser peligroso. Hacemos la recomendación que no se deje guiar por recomendaciones sin sustento, ésta información que proveemos aquí, pueden consultarla y ampliarla en otras fuentes que tengan veracidad o con profesionales en la materia. Es peligroso no entender los conceptos básicos y tratar de hacer adaptaciones empíricas.
El proceso general de cómo actúan las zeolitas en un concentrador de oxígeno lo podemos mostrar en la siguiente imagen:
Imagen 2: Principio general del funcionamiento del concentrador de oxígeno
A nivel molecular, podemos representar el proceso de la siguiente manera en donde las moléculas azules representan nitrógeno y las rojas oxígeno:
Imagen 3: Representación a escala molecular de la función de la zeolita o filtro molecular.
En la anterior imagen, representamos como entra el aire de izquierda a derecha y atraviesa la cama del filtro molecular, las moléculas de nitrógeno quedan atrapadas y en la salida, el aire que emerge está más concentrado en oxígeno.
Bien, si has llegado hasta aquí, quiere decir que deseas hacer bien las cosas, continúa poniendo atención pues.
En la imagen 1 se muestra el principio general del funcionamiento de un concentrador de oxígeno, sin embargo los equipos comerciales son más complejos que esto y contienen 2 columnas de zeolita, un pequeño tanque de almacenamiento, válvulas solenoides, circuitos electrónicos, compresor, etc.
La razón por la cual deben de tener dos columnas es por que la zeolita que filtra el nitrógeno necesita liberar este gas que se queda atrapado, ya que de otra manera simplemente pierde su eficiencia y el concentrador no entregará el oxígeno concentrado, este ciclo normalmente dura unos segundos, los concentradores comerciales varían en sus tiempos de ciclos según los tamaños de sus recipientes de zeolita, el ciclo se repite una y otra vez mientras el concentrador esté funcionando.
La zeolita tiene una duración aproximada de 6 a 12 meses con un uso normal, si el uso es intenso, se puede medir la concentración que está entregando el equipo y si ha disminuido considerablemente es momento de renovarla.
Imagen 4: Representación del ciclo de trabajo de un concentrador comercial
En la siguiente imagen se puede observar cómo está constituido un concentrador comercial, en la cual se pueden observar en la realidad cómo están dispuestos los canisters y todos los demás elementos.
Imagen 5: Interior de un concentrador de oxígeno comercial
A la hora de realizar el desarrollo de concentradores de oxígeno, si se toman en cuenta los conceptos expresados, se irá por buen camino hacia el éxito, ahora bien, ¿Cómo sabremos si realmente estamos haciendo bien el procedimiento?, bueno, pues la prueba más importante es analizar el aire que resulta después de nuestro proceso ya que para cumplir con los flujos y porcentajes que los médicos recomienden según el caso y situación de cada paciente, se debe tener certeza de que el aire que está saliendo está concentrado en oxígeno y en qué porcentaje.
La medición de flujo de aire se realiza en litros por minuto (L/min) existen flujometros o rotametros que miden este flujo, los podemos encontrar de 1 a 5 L/min y de 1 hasta 10 L/min, existen muchos pacientes a quienes les recomiendan flujos mayores a 5 L/min, es en donde el reto es mayor, ya que a mayores flujos normalmente la concentración de oxígeno disminuye en estos equipos.
El porcentaje de oxígeno se puede medir mediante instrumentos específicos para la medición en aire, como ya mencionamos, normalmente en nuestra atmósfera tenemos 21% de oxígeno, por lo cual, el aparato debe de indicar 21% si simplemente medimos la salida de aire de un compresor, porque obviamente solo está tomando el aire del ambiente, sin embargo, si lo colocamos a la salida de nuestro concentrador, debe de indicar un valor mayor de 21%, esto indicará que está trabajando adecuadamente el ciclo del concentrador. Un buen resultado de un concentrador de oxígeno puede alcanzar hasta 90-95 % a flujos bajos, alrededor de 3-4 L/min.
A continuación se muestran dos imágenes de los medidores o analizadores de la concentración de oxígeno más comunes.
Imagen 6: Analizadores de oxígeno para concentradores.
NO se debe utilizar un medidor o analizador de oxígeno que se utiliza para medir oxígeno en otros medios, por ejemplo: para medir oxígeno disuelto en agua o para medir el oxígeno en los escapes de los autos, esos analizadores NO sirven para medir el porcentaje de oxígeno que entrega un concentrador, se debe recordar que tratar de hacer adaptaciones sin fundamentos conlleva a errores graves y peligrosos o a no obtener los resultados esperados.
Los analizadores de oxígeno que se muestran en las imágenes no se encuentran fácilmente en el mercado mexicano, por lo cual, es importante buscarlo en plataformas como ebay y Amazon y pedirlo con aticipación ya que estos equipos se tardan entre 15 días a 1 mes en llegar.
IMPORTANTE: Existen sensores para oxígeno disuelto, los cuales se deben de evitar ya que son para muestras acuosas.
Podemos resumir que, un concentrador de oxígeno es un aparato relativamente sencillo de construir si se tiene el conocimiento en electrónica, válvulas solenoides, manufactura, diseño e impresión 3D. La información contenida aquí, solo ha sido reunida y publicada con el objetivo de ayudar a disminuir la escasez de oxígeno, sin embargo, no nos cansaremos de repetir que: los concentradores de oxígeno se deben realizar de manera adecuada, tomando en cuenta todos los factores y sumando conocimientos de distintos profesionales, en nuestro caso, en Utopia GreenTech hemos sumado los conocimientos de un Químico, los conocimientos de 2 ingenieros en mecatrónica y el conocimiento de dos médicos, de esta forma, se tiene un equipo multidisciplinario que ha permitido que hoy en día ya tengamos los concentradores probados a diferentes flujos de aire, con excelentes resultados ya que a flujos de 3-4 L/min resulta una concentración hasta del 90% y da un flujo de hasta 10 L/min
Imagen 7: Concentradores desarrollados en Utopía GreenTech