PARA GASES

RELATÓRIO DESCRITIVO

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo capaz de gerar um diferencial de pressão a partir de uma restrição mecânica no fluxo dos gases, adaptado para se conectar nas presentes configurações de entregas de gases, proporcionando maior precisão na medição de fluxo e facilidade de integração com dispositivos eletrónicos.

ANTERIORIDADES

[002] A utilização de um tubo com restrição de fluxo por placa de orifício para a medição da velocidade e escoamento de um gases é técnica comumente utilizada e aplicada em áreas em que esta medida é necessária ao controle e gerenciamento de gases. Por restringirem o fluxo de forma considerável, recomenda-se seu uso em gases líquidos de alta carga ou em gases de baixa velocidade. Desta maneira, este dispositivo é especialmente aplicado na indústria e estima-se que nos Estados Unidos, cerca de 50% deste setor utiliza este dispositivo, visto que proporcionam simplicidade, baixo custo de produção, ausência de partes móveis, baixa necessidade de manutenção e aplicabilidade a diversos tipos de gases. [003] Dada a possibilidade de aplicação em gases de baixa velocidade, estes dispositivos também são encontrados na área hospitalar. É possível citar, por exemplo, sua utilização para o controle de fluxo de gases fornecidos por cilindros, em que são comumente utilizados para reduzir o fluxo e a pressão de entrega do mesmo. Também são comumente encontrados em ventiladores pulmonares para a mensuração do fluxo de ar inspirado e expirado pelo paciente. Desta forma, possibilitam a medição de informações diretas, como a velocidade de escoamento dos gases, e indiretas, como frequência respiratória, capacidade pulmonar.

[004] Considerando a mensuração do fluxo de gás que são fornecidos por cilindros, réguas e outras modalidades de entrega de gases do ar, tem-se que atualmente ela se dá por aparatos exclusivamente analógicos (como fluxõmetros do tipo rotâmetro), ou digitais. Faz-se necessário, no entanto, uma tecnologia intermediária que seja capaz de proporcionar ambas as formas de medição e que não atrapalhe a rotina de utilização de dispositivos que são fortemente implementados na rotina hospitalar, como é o caso dos fluxõmetros do tipo rotâmetros.

[005] Medidores de fluxo por placas de orifício constituem-se de dispositivos que possuem uma tubo seccionado transversalmente por uma placa, perfurada por um orifício geralmente concêntrico, meio por onde o gases deve seguir para se manter no sentido de escoamento.

[006] O fluxo dos gases pelo orifício gera um aumento de pressão no lado anterior a placa e uma queda de pressão no lado posterior, resultando em um aumento de velocidade dos gases pelo orifício. Essa diferença de pressão, então, pode ser medida a partir de tomadas de pressão na lateral do tubo e, após cálculos matemáticos, pode corresponder ao fluxo da massa dos gases que corre internamente ao dispositivo.

[007] Considerando o ambiente hospitalar, industrial, ou de processos químicos, os dispositivos que fazem a aquisição e disponibilização destes sinais para captura por equipamentos eletrónicos podem operar através de diversos princípios como ultrassónicos, efeito doppler, indução magnética, interferência óptica, dentre outros. Deste modo, além de se utilizarem de tecnologias de complexa implementação, costumam ser puramente digitais, eliminando ou prejudicando a utilização de dispositivos analógicos, ainda comuns em ambientes como o industrial e o hospitalar.

[008] Por sua vez, é também comum o uso único e exclusivo de dispositivos puramente analógicos, como é o caso da leitura de fluxo através dos rotâmetros. Estes dispositivos, criados por volta de 1908, por Karl Kueppers, consistem de um tubo cujo formato se assemelha ao de um tronco de cone. Sua extremidade mais larga é fechada e sua extremidade mais estreita se conecta a saída dos gases de interesse. Em seu interior, há um objeto geralmente esférico, cujo raio é ligeiramente menor que o menor raio do tubo. Ao se conectar a saída de gases, a direção do fluxo no tubo será de baixo para cima, suspendendo a esfera de acordo com sua intensidade. Estes tubos normalmente são transparentes e possuem uma régua graduada em seu exterior com marcações numéricas no sistema de medidas de interesse do usuário. Estas configurações permitem que seja possível a leitura do fluxo equivalente a altura com a qual a esfera é suspensa.

[009] Devido a grandes tolerâncias no processo de fabricação e erros inerentes à forma de medição utilizada, constituída pela observação da régua graduada, bem como à baixa precisão natural de rotâmetros, estes dispositivos são fontes de erro de medição, visto que a leitura do fluxo é realizada a partir da observação visual da régua graduada por parte do paciente, responsáveis ou profissionais da saúde, e está sujeita a dois tipos de erros, os sistemáticos e os aleatórios.

[010] Os erros sistemáticos e aleatórios observados na prática da leitura do rotâmetro podem ser divididos em 4 categorias, sendo elas os erros “instrumentais”, “observacionais”, “ambientais” e “teóricos”. No caso dos “instrumentais”, foi possível observar que a má calibração dos dispositivos ou a baixa precisão associada aos mesmos podem criar variações aleatórias na leitura de até 20% do valor real observado, a depender do regime do fluxo e variação dos modelos disponíveis no mercado. Os “observacionais” são caracterizados por paralaxe, ou seja, um deslocamento aparente causado pelo não alinhamento do observador com a posição ideal de leitura do dispositivo; um problema que é amplificado no caso dos rotâmetros encontrados no mercado devido ao uso de uma esfera para determinar o fluxo aferido e seu centro representa a medida exata. Já os erros“ambientais” se dão por variações em temperatura e pressão onde o dispositivo se encontra e embora calibrados para 25 graus Celsius, a maioria dos ambientes de funcionamento estão a temperaturas abaixo. Por fim, os erros“teóricos” acontecem não na leitura do dispositivo, mas na forma com que os dados são catalogados e interpretados por parte dos responsáveis pelo tratamento e ocorre quando as variações de pressão causadas pelos erros citados anteriormente não são levadas em consideração graças a uma simplificação exagerada dos cálculos e métodos.

[011] Desta maneira, a fim de proporcionar uma leitura mais completa do valor de fluxo, o objeto da presente invenção possui como principal objetivo realizar esta integração com o meio eletrónico, de maneira que a rotina hospitalar não seja alterada, mas que estes dados possam ser utilizados e manipulados de forma mais completa e profunda.

[012] A patente estadunidense U.S. 3.718.135, de 1 de Março de 1971 , demonstra um pneumotacógrafo para medir fluxo de gases respiratórios para pequenos animais e que consiste em um elemento resistivo no centro de um tubo, que causa uma queda de pressão proporcional ao fluxo do gás, sendo linear entre 0 e 2 l/min. Porém, observando o invento citado, nota-se a ausência de componentes necessários para a integração com os sistemas de entregas de gases, bem como a ausência de tomadas de pressão para acoplamento com sensores de diferencial de pressão.

[013] Outra patente estadunidense U.S. 5.720.709, de 1 de Agosto de 1996, relata a construção de um aparato para medição da resistência das vias aéreas através de uma breve oclusão durante a inalação. Nesta invenção, um pneumotacógrafo é utilizado próximo a máscara do paciente para medir o fluxo do ar inspirado e expirado. Embora o aparato seja utilizado para medir o volume respirado, o invento não é aplicado para medição de quanto insumo foi consumido.

[014] A patente estadunidense U.S. 005099.698A, de 31 de Março de 1992, relata a construção de um dispositivo eletrónico para medição da altura da esfera dentro do rotâmetro através da utilização de um scanner óptico, um sistema de espelhos e um fotodetector. Nesta invenção, o rotâmetro é iluminado por uma fonte de luz, caso necessário, e a imagem gerada é direcionada por um espelho para o fotodetector ou para um dispositivo de carga acoplado (Charged Coupled Device - CCD). O valor do fluxo é obtido através do tempo que a imagem da esfera levou para aparecer no fotodetector/CCD. Os sensores de luz, por sua vez, são capazes de converter o estímulo luminoso em sinal elétrico, de forma que este mecanismo é passível de ser adquirido por mostradores digitais ou por um computador pessoal para coleta automática dos dados. Esta patente, no entanto, conta com aparatos de coleta de dados que podem prejudicar a inspeção visual da gradação do tubo. Além disto, sistemas óticos são sensitivos a variação de intensidade luminosa, que pode ocorrer a qualquer momento, como por quedas de energia ou modificação na iluminação ambiente, por exemplo.

[015] Então, observando as competências de uma placa de orifício para a criação de uma diferença de pressão e a necessidade de implementação de um dispositivo que seja capaz de fornecer a informação de fluxo a equipamentos eletrónicos, sem que a rotina de utilização de dispositivos analógicos seja modificada, surge o invento descrito neste relatório. Este dispositivo consiste de um módulo único para encaixe em dispositivos de entrega de gases e um tubo com uma placa restritora em seu interior, para a redução da pressão no fluxo dos gases. Esta placa de orifício se posiciona entre duas tomadas de pressão, que podem se conectar a dispositivos eletrónicos que possuem sensores adequados para a mensuração do fluxo a partir da pressão diferencial.

[016] Pode-se dizer, então, que a presente invenção constitui um dispositivo capaz de aprimorar os fluxõmetros analógicos rotâmetros, podendo ser adicionado ao sistema sem que haja uma mudança na forma como os profissionais interagem com a atual configuração, porém proporcionando uma interface para conectar sensores de fluxo a dispositivos eletrónicos, complementando esta medição. Desta forma, os dados coletados pelo dispositivo podem ser utilizados para fins de conferência, calibração, acompanhamento do tratamento, cálculo de volume residual de um cilindro ou simplesmente como uma forma mais confiável de leitura, em detrimento da leitura visual do rotâmetro.

[017] Em conjunto com um dispositivo eletrónico munido de um sensor de diferença de pressão, o presente dispositivo também caracteriza uma solução para os erros citados anteriormente, proporcionando leituras contínuas, com precisão na ordem de 2,5%, onde não é necessária uma leitura visual do dispositivo por parte do profissional da saúde, eliminando por completo os erros “observacionais” gerados pela paralaxe ou pelo não entendimento da escala.

[018] O “Dispositivo para medição de fluxo por diferença de pressão para gases” é construído de forma a se adaptar a maioria das configurações disponíveis para entrega de gases, utilizando rosca 9/16” x 18 UNF Fêmea, comum nos fluxômetros e roscas 9/16” x 18 UNF Macho para conexão com demais sistemas de liberação adequados a gasoterapia desejada.

[019] Constitui-se por duas tomadas de pressão divididas por uma placa que segmenta o tubo onde o sistema se encontra, criando uma restrição na continuidade dos gases, o que resulta numa mudança no regime do fluxo e consequentemente, gera uma diferença de pressão. Essas tomadas de pressão foram otimizadas para utilizar tubings comuns no ambiente hospitalar, tanto para impedir o vazamento de gases entre o dispositivo e o sensor, quanto para facilitar na manutenção.

DESCRIÇÃO GERAL

[020] O “Dispositivo para medição de fluxo por diferença de pressão para gases” poderá ser melhor compreendido através das figuras, conforme detalhado abaixo:

FIG. 1 - apresenta vista em perspectiva;

FIG. 2 - apresenta vista em corte transversal;

FIG. 3 - apresenta diagrama de blocos do processo e equipamentos a ele conectados;

FIG. 4 - apresenta dispositivo montado de forma típica;

FIG. 5 - apresenta dispositivo montado em uma modalidade alternativa.

[021] Referenciando as figuras, pode-se observar que o corpo (1) do dispositivo é compreendido de um tubo (2) em seu centro, segmentado por uma placa restritora (6) no corpo (1) do dispositivo. Cada lado do tubo (2) é terminado por uma rosca 9/16” x 18 UNF Fêmea (3) e outra rosca 9/16” x 18 UNF Macho (4) respectivamente, da esquerda para a direita como disposto na FIG. 2.

[022] A placa restritora (6) subdivide o tubo (2) em dois compartimentos conectados por um pequeno segmento, que tem por sua vez o intuito de criar uma diferença de pressão pela alteração no regime de fluxo dos gases que passará internamente ao dispositivo. Esta diferença de pressão pode ser medida do dispositivo utilizando as duas tomadas de pressão (5) contidas na face frontal e que são adaptadas para uso de tubings de borracha.

[023] O “Dispositivo para medição de fluxo por diferença de pressão para gases” deve então ser conectado a sensores de diferencial de pressão presentes nos equipamentos de medição para que o mesmo faça a devida aquisição e interpretação dos dados coletados no sistema. [024] As rocas 9/16” x 18 UNF Fêmea (3) e 9/16” x 18 UNF Macho (4) ilustradas na FIG. 2, conjugam a função de conectar o dispositivo às soluções de entrega de gases atualmente disponíveis no mercado, podendo ou não serem utilizadas com a presença de um fluxômetro analógico rotâmetro (8) para proporcionar a visualização do fluxo localmente.

[025] A instalação se dá pelo acoplamento da rosca 9/16” x 18 UNF Fêmea (3) no fluxômetro analógico rotâmetro (8), seguido da conexão dos sistemas de liberação de gases na rosca 9/16” x 18 UNF Macho (4), e conexão do sensor, por meio de tubings, nas tomadas de pressão (5).

[026] O funcionamento do“Dispositivo para medição de fluxo por diferença de pressão para gases” consiste nos gases atravessar o tubo (2) passando pela placa restritora (5) e mudando de regime de fluxo. Essa mudança de regime ocasiona uma diferença na pressão coletada por cada tomada de pressão (5) e, após cálculos matemáticos realizados num equipamento de medição, é possível obter a taxa de fluxo de massa de gases com precisão de 2,5%.

MODALIDADES

[027] A modalidade preferida consiste em um dispositivo feito de plástico com duas tomadas de pressão em sua face frontal e duas conexões para tubulações de gases medicinais, mais especificamente oxigénio medicinal. A primeira conexão corresponde a uma rosca 9/16” x 18 UNF Fêmea, que deverá se conectar a um rotâmetro. A segunda conexão corresponde a uma rosca 9/16” x 18 UNF Macho, que deverá se conectar aos sistemas de liberação adequados a gasoterapia desejada. As duas tomadas de pressão são utilizadas para conectar tubings de borracha, que por sua vez se conectam com os sensores de pressão diferencial presente em um outro dispositivo. A estrutura plástica tem um corpo que contempla as conexões supracitadas e uma placa restritora de fluxo que segmenta internamente o corpo em duas partes.

[028] Outra modalidade do presente dispositivo consiste apenas na mudança do posicionamento do dispositivo em questão, que nessa situação se encontrará entre a válvula de pressão ou tubulação de entrega de gases e o rotâmetro. As demais configurações são mantidas, consistindo um dispositivo fabricado de plástico com duas tomadas de pressão em sua face frontal e duas conexões para tubulações de gases medicinais, mais especificamente oxigénio medicinal. A primeira conexão corresponde a uma rosca 9/16” x 18 UNF Fêmea, que deverá se conectar a saída da válvula de pressão diretamente conectada ao cilindro de oxigénio ou à tubulação de entrega de gases. A segunda conexão corresponde a uma rosca 9/16” x 18 UNF Macho que deverá se conectar ao kit borboleta do rotâmetro, que, por sua vez, se conecta normalmente através de sua saída regular aos sistemas de liberação adequados a gasoterapia desejada. As duas tomadas de pressão são utilizadas para conectar tubings de borracha, que por sua vez se conectam com os sensores de diferencial pressão presentes em um outro dispositivo. A estrutura plástica tem um corpo que contempla as conexões supracitadas e uma placa restritora de fluxo que segmenta o corpo em duas partes.