La presente tesis tiene como objetivo principal el desarrollo de un controlador de presión de oxígeno contenido dentro de una cámara hiperbárica que no cuenta con cierre hermético, para que la misma pueda cumplir con las necesidades mínimas indicadas por los especialistas, que serán presentadas en el capítulo 1, de manera óptima, durante el tiempo de tratamiento. Para la elección del controlador se realizaron pruebas experimentales con un microcontrolador PIC, para los diversos tipos de control (P, PI, PD y PID), y, al mismo tiempo, pruebas simuladas con la herramienta Simulink, del programa MATLAB. Además, fueron comparados dos métodos para el diseño del controlador: el método de la respuesta al escalón de Ziegler-Nichols y el método del ángulo faltante. Con los resultados obtenidos, se logró demostrar que es posible compensar las fugas de oxígeno y mantener, el mayor tiempo posible, la presión de trabajo constante, según las especificaciones de los médicos. Finalmente, se concluye que el controlador adecuado para esta aplicación, es el control PID desarrollado con el método de Ziegler-Nichols, por su menor sobreimpulso, menor tiempo de establecimiento y su efecto de corrección del error (eliminación offset). / This thesis' main objective is to develop a controller for the pressure generated by the oxygen contained inside a hyperbaric chamber with no hermetic seal, so that it can accomplish optimally the requisites indicated by the specialists (which will be shown in chapter 1),during the treatment. For the election of the controller, experimental tests were carried out with a PIC microcontroller for the different types of control (P, PI, PD, and PID), as well as simulated tests with MATLAB's Simulink tool. Additionally, two methods for controller design were compared: Ziegler-Nichols' step response method and the root locus approach. With the obtained results, it was demonstrated that the oxygen leaks were able to be compensated, maintaining the pressure operation point constant as much as possible in accordance with the medics' specifications. Finally, it is concluded that the adequate controller for this application is the PID controller designed with Ziegler-Nichols' method due to its smaller overshoot, its smaller settling time and its error correction effect (offset elimination). / Tesis

Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 josefranciscogandolfi_tese.pdf: 946147 bytes, checksum: 007d161afcdde952537f95c14f87bb0c (MD5) Previous issue date: 2006-03-06 / Introduction: Extracorporeal pulmonary assistance has been proposed as an invasive alternative to the conventional treatment when adequate oxygenation becomes impossible by mechanical ventilation. Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) attained using assisted circulation may cause hemolysis, coagulation disorders, an inflammatory response and complications inherent to a high-risk high-cost procedure. The objective of this work was to evaluate the efficacy, both in vitro and ex vivo, of a low-resistance oxygenator in ECMO without assisted circulation. Material and Method: Initially, different prototypes of the low-resistance membrane oxygenator were developed to test the influence of the of inlet and outlet conditions of the blood, the area, the quantity and placement of the fibers in the oxygenation process and the removal of carbon dioxide gas (CO2). In the in vitro tests when bovine blood was utilized, the mean flow, volume of blood needed to fill the oxygenator and for priming, oxygen saturation, carbon dioxide gas exchange and the pressure gradient were measured. For the ex vivo experiments, five Santa Inês sheep, weighing between 5 and 33 kg, were used. In each animal, variations in respect to the oxygen saturation, the PO2 and the PCO2 were studied in the systemic blood at the outlet of the oxygenator and of the venous blood using oxygen flow rates of 0.5L/min, 1.0 L/min and 1.5 L/min. Results: The oxygenator had an excellent mechanical performance, which was seen by the PO2, PCO2 and oxygen saturation of the blood at the outlet of the oxygenator. From the clinical point of view, the improvement in the PO2 and oxygen saturation and the reduction in PCO2 of the systemic arterial blood (femoral artery of the sheep), were evident in the five sheep. A tendency of better results was seen when the weight was less than 10kg. Translating these relationships in terms of blood flow and total volume, the best results appeared when the blood flow in the oxygenator/volume proportion was 20% or greater, establishing this cutoff point as the ideal flow necessary for the best performance of the oxygenator. Conclusion: The in vitro and ex vivo performance tests achieved with the low-resistance membrane oxygenator used in arteriovenous extracorporeal circulation without the assistance of a propulsion pump, proved that this device is capable of providing oxygen and removing carbon dioxide from the blood in sufficient quantities to maintain the tested parameters at acceptable limits when ventilation is prejudiced. / Introdução: A assistência pulmonar extracorpórea tem sido proposta como uma alternativa invasiva ao tratamento convencional, quando a oxigenação adequada torna-se impossível pelo uso de ventilação mecânica. A oxigenação extracorpórea por membrana (ECMO) realizada com auxílio circulatório pode produzir hemólise, distúrbios da coagulação, resposta inflamatória e complicações inerentes a um procedimento de alto risco e elevado custo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficácia in vitro e ex vivo de um oxigenador de baixa resistência em ECMO sem auxílio circulatório. Material e Método: Inicialmente foram desenvolvidos diferentes protótipos do oxigenador de membrana de baixa resistência para testar a influência das condições de entrada e saída do sangue, área, quantidade e disposição das fibras no processo de oxigenação e remoção de gás carbônico (CO2). Nos testes in vitro, utilizando-se sangue bovino, foram avaliados fluxo médio, volume de sangue necessário para preencher o oxigenador ou priming, saturação de oxigênio e transferência de gás carbônico e o gradiente de pressão. Nos experimentos ex vivo foram utilizados cinco carneiros da raça Santa Inês, pesando entre 5 a 33 Kg. Em cada animal foram estudadas as variações com relação à saturação de O2, PO2 e PCO2, no sangue sistêmico, na saída do oxigenador e no sangue venoso com fluxos de oxigênio no oxigenador 0,5 L/min, 1,0 e 1,5 L/min. Resultados: O oxigenador demonstrou excelente desempenho mecânico, o que pode ser verificado pelos valores de PO2, PCO2 e SatO2 do sangue na saída do oxigenador. Do ponto de vista clínico, a melhora de PO2 e SO2 e a redução de PCO2 no sangue arterial sistêmico (artéria femoral do carneiro) foram evidentes nos cinco experimentos. Foi possível observar uma tendência para melhores resultados com pesos inferiores a 10,0 kg. Traduzindo-se essas relações em termos de fluxo sanguíneo e volemia total, os melhores resultados apareceram com proporção fluxo sangüíneo no oxigenador/volemia, de 20% ou maior, podendo-se estabelecer esse limite de corte, como fluxo ideal necessário para bom desempenho do oxigenador. Conclusão: Os testes de performance in vitro e desempenho ex vivo, realizados com o oxigenador de membrana de baixa resistência ao fluxo, para uso em circulação extracopórea arteriovenosa, sem o auxílio de bomba propulsora, mostraram resultados suficientes para concluir que tais dispositivos são capazes de fornecer Oxigênio e retirar gás Carbônico do sangue em quantidades suficientes para manter tais parâmetros em níveis aceitáveis, quando a ventilação está prejudicada.