Elaboración grupal de un sistema neumático capaz de suministrar oxígeno a tres áreas en una clínica. - Área primaria de almacenamiento de oxígeno - Área secundaria de almacenamiento - Área de camillas

1. UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CURSO: MANDOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS
TRABAJO FINAL
SISTEMA NEUMÁTICO DE OXÍGENO MEDICINAL PARA CLÍNICAS
INTEGRANTES :
Arbulú Valdeiglesias, Augusto Fabrizzio U201410105
Vidal Meza, Carlos Jesus U201614819
Flores Huincha, Joel Angelo U201718389
Rios Materano, Jose Antonio U201414734
PROFESOR : Hermann Mirko Klussman Vieira
SECCIÓN : MS9A
2021

2. Índice
Resumen.- 3
1. CAPÍTULO I - Marco teórico, objetivos del sistema automático 4
1.1 Marco teórico 4
1.1.1. Introducción 4
1.1.2. Antecedentes 4
1.1.3. Problemática 5
1.1.4. Conocimientos previos 5
1.1.5. Requerimientos mínimos 6
1.2 Objetivo sistema neumático oxígeno medicinal para clínicas 7
1.2.1. Objetivo principal 7
1.2.2. Objetivo específicos 7
1.2.3. Justificación 7
2. CAPÍTULO II - Descripción detallada del funcionamiento del sistema 8
2.1 Distribución de oxígeno en una instalación médica 8
2.2 Generación de oxígeno 10
2.3 Funcionamiento del sistema 12
3. CAPÍTULO III - Diagramas y dimensionamiento 16
3.1 Diagramas 16
3.2 Dimensionamiento 17
4. CAPÍTULO IV - Instalación y equipos 19
4.1 Diseño de la Instalación 19
4.2 Elección de componentes 19
4.3 Cálculos de tuberías y otros 24
5. CAPÍTULO V - Análisis de Consumo / Costo 26
6. CAPÍTULO VI - Conclusiones y recomendaciones 27
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 28
2

3. Resumen.-
El presente trabajo tiene como finalidad estudiar e identificar los sistemas neumáticos de producción y
distribución de oxígeno medicinal para clínicas y hospitales, para lo cual se investiga artículos y fuentes
de ingeniería y diseño especializadas en sistemas neumáticos medicinales, se plantea la problemática
sobre el estado del arte y se evalúan las posibles soluciones en relación a los sistemas neumáticos
planteadas por diversos autores. De esta manera, luego de realizar el análisis del avanza en la tecnología,
se pretende diseñar un sistema neumático de producción y distribución de oxígeno medicinal dentro de
un hospital o clínica utilizando la tecnología de adsorción por cambio de presión (PSA) para el proceso
crítico de producción del oxígeno medicinal puro que luego será redistribuido dentro del recinto de
salud. Finalmente, se plantean las conclusiones de la investigación y el diseño del sistema neumático con
enfoque en los resultados y cálculos obtenidos de la investigación.
Abstract.-
The present work aims to study and identify the pneumatic systems for the production and distribution
of medicinal oxygen for clinics and hospitals, for which articles and engineering and design sources
specialized in medicinal pneumatic systems are investigated, the problem of the state of the art and
possible solutions in relation to pneumatic systems proposed by various authors are evaluated. In this
way, after carrying out the analysis of the advances in technology, it is intended to design a pneumatic
system for the production and distribution of medicinal oxygen within a hospital or clinic using pressure
change adsorption (PSA) technology for the critical process. of production of pure medicinal oxygen that
will then be redistributed within the health facility. Finally, the conclusions of the research and the
design of the pneumatic system are presented with a focus on the results and calculations obtained from
the research.
3

4. 1. CAPÍTULO I - Marco teórico, objetivos del sistema automático
1.1. Marco teórico
1.1.1. Introducción
En el marco actual, el Covid-19 y las restricciones dadas por este han
dejado en una situación desfavorable a la sociedad. Uno de los sectores más
críticos en esta situación es el sector salud. Según el decreto supremo que
aprueba la Ley Nº 31113 (El Peruano 2021), para poder cumplir con el
abastecimiento requerido de oxígeno, se implementan medidas extraordinarias
con el fin de reforzar y garantizar una respuesta sanitaria efectiva. De esta
manera, se autorizó el uso de oxígeno medicinal con una concentración no menor
al 95%. Basada en la situación sanitaria en la que se encuentra el país. En el
presente proyecto se busca realizar una planta de oxígeno, la cual sea de fácil
acceso, económica y pueda cumplir con las medidas establecidas por
organizaciones como el Centro Nacional de Abastecimiento de Recursos
Estratégicos en Salud (CENARES) y el Ministerio de Salud. La obtención de
oxígeno móvil se realizará mediante un automóvil y el método de separación de
gases más económico. Este método es netamente neumático, el cual es el
encargado de realizar la adsorción y separación del oxígeno. Finalmente, en el
presente proyecto se hablará con mayor detalle sobre el problema.
1.1.2. Antecedentes
Tabla 1. descripción de antecedentes
Proyecto Descripción
Hospital Regional Honorio Delgado de
Arequipa
Tesis que plantea una red de tubería de
oxígeno medicinal con 199 tomás DISS,
el cual, provee 15 áreas más críticas del
hospital, ya que en el hospital solo se
emplea balones de oxígeno
Proyecto Especial Legado Se instaló una planta generadora de
oxígeno medicinal para el Centro de
Atención y Aislamiento Temporal
(CAAT) en Pichanaqui-Junin
UNI Desarrolló un plan para instalar 47 plantas
de oxígeno generando 10, 20 y hasta 40
m3 por hora.
4

5. 1.1.3. Problemática
La situación en Perú, el desabasto de oxígeno y las inversiones del estado
peruano por intentar solucionar este tema. Según una base de datos determina que
estas se adjudicaron contratos y órdenes de compra valorizados en S/214
millones, que representa el 83% de todas las compras públicas de este insumo en
todo el país. Por ende, los analistas critican la mala gestión debido a que no
priorizo la compra de oxígeno e implementación de plantas a tiempo afectando a
los hospitales y clínicas. En consecuencia, los ciudadanos se ven obligados a
formar colas o pagar un sobreprecio por un producto de insumo vital en esta
pandemia. Ante la adversidad de la enfermedad, algunas entidades privadas
apoyan a sus municipalidades con el fin de disminuir la alta tasa de mortalidad
con plantar portátiles de oxígeno.
1.1.4. Conocimientos previos
El oxígeno es un elemento que se obtiene a partir del aire atmosférico,
asimismo las cantidad de aire seco de acuerdo a la humedad relativa. El aire seco
está compuesto principalmente por 78,084 % N2, 20,946 % O2, 0,934 % Ar y
0,036 %, vea figura 1, de otros gases entre los que se encuentran otros dos
componentes mayoritarios, el dióxido de carbono y el vapor de agua.
Por el contrario, la cantidad de vapor de agua que se encuentra en el aire es muy
variable, ya que depende de su humedad molar y está en función de factores
como la temperatura ambiente, así como de las condiciones climatológicas,
constituyendo entre aproximadamente el 0 y 4 % de la composición total. Por
ello, a efectos de cálculos, la composición total del flujo de aire de entrada al
proceso se aproxima a 78 % N2, 21 % O2 y 1 % Ar.
Dado que la selección del método más indicado para una aplicación concreta está
sujeta a que este sistema debe ser compatible neumáticamente y que fuese
explícitamente medicinal se dispone a evaluar estas variables para la selección
del proceso.
Fig.1: Componente principales de aire seco
De esta forma como objetivo del proyecto la intención de plantear un modelo
neumático para la obtención de cualquiera de estos elementos con una pureza
5

6. determinada y para ello existen diferentes procesos para lograrlo donde
principalmente son tres métodos: la separación a bajas temperaturas (criogénica),
la separación por membrana y la separación por adsor
ción. Vea Tabla 2. El método utilizado depende del gas que se desea obtener, de
la cantidad que se desea producir y del costo de inversión y producción que se
está dispuesto a destinar para uso hospitalario.
Tabla 2. Resumen de métodos por capacidad subproducto, pureza y tiempo de arranque
Método Capacidad
Subproducto
Pureza Tiempo Arranque
Separación
Criogénica
Alto >99% Horas
Separación por
Membrana
Bajo 40% Minutos
Separación por
Adsorción
Bajo 85-95% Horas
La tecnología por adsorción es la que se usará en el sistema a diseñar, este se
basa en la adsorción por tamices moleculares de determinadas sustancias, con
esto se asegura la separación de la mezcla de aire. La tecnología de adsorción
permite obtener del aire eficazmente tales gases como el nitrógeno y el oxígeno.
Las instalaciones funcionan según el principio de la adsorción sin calentamiento
de ciclo corto (ACC o PSA). Existen 3 tipos de procesos de adsorción que se
usan comumente en la actualidad, A presión (Pressure Swing Adsorbrion - PSA),
por vacío (Vacuum Swing Adsorbtion - VSA) y compuestos (Vacuum Pressure
Swing Adsorbtion - VPSA).
PSA. Los procesos de separación de aire por adsorción (PSA) se basan en el
hecho de que bajo presión los gases tienden a ser atraídos a superficies sólidas o
"adsorbentes". Cuanto mayor sea la presión más gas es adsorbido y cuando se
reduce la presión el gas se libera o es de-sorbido. Se pueden utilizar procesos
PSA para separar gases en una mezcla de diferentes gases ya que estos tienden a
ser atraídos a diferentes superficies sólidas más o menos fuertemente.
1.1.5. Requerimientos mínimos
Para este proceso, se debe remarcar que el grado de pureza para el oxígeno no
debe ser menor al 93% y licuarse la mínima cantidad posible con tal de alcanzar
los estándares adecuados con un menor gasto de energía por parte de la planta .
Por otro lado, no existe diferencia en el oxigeno medicinal con respecto al uso del
oxigeno industrial, debido que yace en su proceso de filtración de residuos que
produce la planta. Asimismo, el proceso que se plantea debe tener la consigna de
filtrar previamente al llenar los balones de oxígeno, lo cual debe mantener un
6

7. doble vacío y verificar las conexiones libres de grasa para evitar algún tipo de
reacción.
1.2. Objetivo sistema neumático oxígeno medicinal para clínicas
1.2.1. Objetivo principal
Diseñar un sistema de central de oxígeno medicinal líquido conformado por
botellas o cilindros con el respectivo Manifold de distribución, que sea
automático y cumpla con los estándares de calidad y seguridad actuales.
1.2.2. Objetivo específicos
Garantizar el suministro permanente de oxígeno hasta culminar el llenado de los
tanques, manteniendo el régimen constante de presión, calidad y seguridad.
Mantener un régimen de caudal constante de 40 como mínimo para ser una
𝑚
3
ℎ
solución viable y sostenible de acuerdo al marco actual covid-19.
Determinar la relación entre la integración de los balones portátiles de gases
medicinales en centrales y la mejoría en la seguridad operacional y las
prestaciones de salud de los pacientes.
Tener en cuenta en la construcción del sistema de oxígeno medicinal la cantidad
mínima de recirculación del oxígeno para obtener el de pureza y así tener un
95%
menor gasto de consumo energético.
1.2.3. Justificación
Actualmente el Perú está pasando por una etapa muy grave en el tema de la salud
debido al COVID-19. La escasez de oxígeno ocasiona una enorme alza en sus
precios. Es por ello que la importancia de este trabajo radica, ya que es una
solución inmediata y de esta manera reducir la tasa de mortalidad la cual en el
mes de febrero, 200 muertos por día, debido a la escasez de oxígeno. Por otro
lado, otra característica relevante del presente trabajo es que la planta que se
propone, sería capaz de suministrar hasta 40 de oxígeno, que equivaldría a
𝑚
3
ℎ
llenar 6 balones grandes de oxígeno por hora, lo cual para la coyuntura actual, es
una cantidad bastante considerable.
7

8. 2. CAPÍTULO II - Descripción detallada del funcionamiento del sistema
2.1. Distribución de oxígeno en una instalación médica
La adquisición de gases ,en especial el oxígeno medicinal, se obtiene de plantas
separadoras de aire.
La generación de oxígeno medicinal en un hospital puede obtenerse de una planta de
oxígeno medicinal propia. Aunque esta planta propia vendría a ser una instalación de
reserva por si ocurre algún imprevisto en la adquisición de oxígeno de las plantas
industriales con la que el hospital hizo acuerdos.
Fig.2: Generación y distribución de gases en un hospital. Adaptado del manual de procedimientos de
gestión de gases medicinales. Servicios de farmacia hospitalaria
Como se puede observar en la figura anterior, hay un sistema de distribución de gases en
el hospital. Entre los gases que usa un hospital está el oxígeno medicinal, el oxígeno
nitroso, aire común, dióxido de carbono, aire motriz, nitrógeno motriz.
Tabla: Identificación y código de colores para tuberías.
8

9. Fuente: Adaptado del manual de procedimientos de gestión de gases medicinales.
Servicios de farmacia hospitalaria.
El suministro de oxígeno medicinal consta de dos fuentes, fuente primaria y fuente
secundaria. La configuración se da por motivos de seguridad, por si ocurre algún
problema con la fuente principal de oxígeno medicinal. La conmutación entre ambas
fuentes se da mediante un selector automático y avisa mediante una alarma si sucede
algún inconveniente en alguna fuente de oxígeno.
Fig. 3: Modelo de distribución de oxígeno en el hospital. Adaptado del manual de
procedimientos de gestión de gases medicinales. Servicios de farmacia hospitalaria
El almacenamiento de gases se da mediante, rampas de botellas, botellones o depósitos
criogénicos. En el caso de oxígeno medicinal, su almacenamiento se realiza mediante
cilindros de oxígeno.
9

10. 2.2. Generación de oxígeno
La obtención de oxígeno medicinal se da en una planta separadora de aire. Esta planta
debe seguir diversos protocolos para que el producto sea considerado oxígeno medicinal.
En el Perú, según la Ley N° 31113, el oxígeno generado debe contener un 93% de pureza,
esto va de acuerdo a las regulaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Para que se produzca oxígeno, primero se tiene un compresor de aire. Este compresor se
encargará de absorber el aire del ambiente y comprimirlo. Dando inicio así al proceso de
generación de oxígeno medicinal.
Fig. 4: Tecnología PSA. Adaptado del manual de procedimientos de gestión de gases
medicinales. Servicios de farmacia hospitalaria
Luego de tener el aire comprimido, pasa por un sistema de filtrado. El sistema de filtrado
se encargará de retener las impurezas y partículas no deseadas del aire para la producción
del O2 medicinal. Entre las partículas retenidas, se tiene las partículas sólidas y
condensadas presentes comúnmente en el aire.
A continuación, pasa por un secador de aire. Considerando que el aire obtenido es por
defecto un aire húmedo, se tiene que pasar por un proceso de secado de aire. Este se
encargará de filtrar la humedad y dejar pasar un aire neutro y seco.
Después de obtener el aire filtrado y seco, pasa a almacenarse en un tanque de aire. Este
tanque de aire almacena aire para luego ser trasladado al generador de oxígeno por PSA.
En el generador de oxígeno mediante PSA (adsorción por cambio de presión), se va a
obtener oxígeno del aire. Mediante el método PSA se logra obtener generalmente un
oxígeno con una concentración del 90-95%. El método consiste en que los átomos del
aire se adhieren a la superficie de un absorbente y el sistema PSA separa el oxígeno de él,
es un sistema de filtración molecular.
10

11. Fig. 5: Zeolitas PSA. Adaptado del manual de procedimientos de gestión de gases
medicinales. Servicios de farmacia hospitalaria
Teniendo el oxígeno filtrado, pasa a almacenarse en un tanque de oxígeno. Este tanque
almacenará el oxígeno medicinal para luego ser distribuido a las camas del hospital en el
que opera o también pasa a los cilindros de oxígeno donde serán almacenados y
distribuidos a los hospitales. Aunque para garantizar la máxima calidad del oxígeno
medicinal, antes de que sea distribuida pasará por un filtro más.
El filtro por el que pasa el oxígeno medicinal se encargará de filtrar las partículas
sobrantes de humedad y sólidos, este filtro es llamado filtro coalescente. También se
necesita que el filtro esté libre de patógenos, por lo cual el aire pasa por un filtro
bacteriológico.
Para mantener la presión de oxígeno controlada y facilitar el llenado en los cilindros, se
tiene un compresor de oxígeno conectada a la salida del filtro.
Finalmente, luego del compresor de oxígeno el sistema Manifold. Este sistema permite la
recolección de oxígeno mediante cilindros.
En paralelo hay otro sistema de reserva de oxígeno, fuente secundaria, por si ocurre
alguna eventualidad con la fuente primaria de oxígeno medicinal.
Es importante señalar, que el proceso de obtención de oxígeno se da mediante sistemas
libres de aceite.
11

12. Fig. 6: Diagrama de flujo del proceso de obtención de oxígeno medicinal. Elaboración
propia.
Fig. 7: Planta de producción de oxígeno mediante PSA con sus dispositivos. Adaptado de
la página comercial de productos industriales MOS Techno Engineers.
2.3. Funcionamiento del sistema
Se quiere realizar un sistema neumático de oxígeno medicinal para clínicas. El sistema
neumático a realizar se centrará en la distribución del oxígeno al hospital mediante el uso
de cilindros de oxígeno.
12

13. Fig. 8: Planta distribuidora de oxígeno medicinal junto a los cilindros de
almacenamiento del hospital de Ate. Adaptado de la revista Andina.
Fig. 9: Distribución de oxígeno medicinal por camilla de un hospital en Lambayeque.
Adaptado del diario La República.
13

14. Para nuestro sistema neumático, se va a tener en cuenta tres procesos:
- Fuente primaria: En esta fuente se usará un sistema Manifold neumático para la
recolección de oxígeno medicinal y su distribución a los cilindros. Se tendrá en
cuenta 4 cilindros para esta fuente. Los cilindros recolectados son distribuidos a
los pacientes que lo necesitan.
- Fuente Secundaria: En esta fuente se usará un sistema Manifold neumático para
la recolección de oxígeno medicinal y su distribución a los cilindros. Se tendrá en
cuenta 4 cilindros para esta fuente. Los cilindros recolectados son almacenados
por si se necesita de emergencia.
- Fuente de oxígeno por camilla: En esta fuente se distribuirá oxígeno directamente
a las camillas del hospital, el llenado del cilindro se realizará mediante un botón
neumático. Este sistema se hará en cada camilla del hospital adaptado
precisamente para tratar pacientes con problemas respiratorios. Por motivos de
comodidad, se considerarán 5 camillas.
Las tres fuentes pueden funcionar incluso si una de ellas se obstruye. Para el caso de la
fuente primaria y secundaria, se tiene un botón neumático que indicará qué fuente se
quiere utilizar, teniendo en cuenta que se pueden ser ambas a la vez.
En la tercera fuente, se tiene un botón neumático por cada camilla.
El sistema considerará un botón neumático (START) que da inicio al proceso y otro que
lo pare (STOP) por si ocurre alguna emergencia.
Fig. 10: Sistema a desarrollar neumáticamente. Elaboración propia.
En la imagen 6, el diagrama de flujo, se puede observar los procesos que atraviesa la
planta de oxígeno para la obtención de oxígeno medicinal, en el último cuadro aparece el
llenado de balones de oxígeno. Para este último cuadro, el llenado, se diseñará un sistema
de control neumático que se encargará de distribuirlos adecuadamente a las fuentes
primarias, secundarias y de camillas. Se tiene en cuenta que estas tres fuentes pueden
14

15. funcionar independientemente de la otras, de tal manera que si por alguna emergencia no
se pueda usar una fuente, habrá otras dos a disposición para ser usadas por el hospital.
15

16. 3. CAPÍTULO III - Diagramas y dimensionamiento
3.1. Diagramas
Para el sistema neumático a diseñar, se tiene un control neumático que va a distribuir
adecuadamente el oxígeno medicinal a la fuente primaria, fuente secundaria o fuente
camilla.
Fig. 11: Diagrama neumático del sistema de distribución de oxígeno medicinal.
Elaboración propia.
Como se puede observar en la figura 11, el sistema diseñado cuenta con un botón START
y STOP para dar inicio al sistema y para pararlo respectivamente. Si se inicia el sistema
con START, entonces se podrá controlar el llenado de cilindros de oxígeno en la fuente
primaria, secundaria o de camilla.
Para el caso de fuente primaria, se tiene una válvula de control neumática que mediante
un pulsador permitirá el paso del oxígeno medicinal a los cilindros de oxígeno instalados
en aquella fuente. También se cuenta con otro pulsador que parará el llenado de oxígeno
en los cilindros cuando se encuentren llenos. Esta fuente abastece de oxígeno medicinal
al hospital.
Para el siguiente caso, la fuente secundaria, el sistema de control neumático es similar al
de la fuente primaria. Esta fuente está establecida para almacenar cilindros de oxígeno
que podrán ser usados en casos de emergencia. Ya sea porque la fuente primaria tiene una
falla o porque la demanda de los cilindros es alta en el hospital.
Para estos dos primeros casos explicados, la válvula de control neumática va a alimentar
a varios cilindros de oxígeno a la vez. Hemos tomado como referencia para este trabajo,
cuadro cilindros por fuente.
16

17. En el último caso, la fuente de camilla, el sistema de control neumático es similar a la
fuente primaria. Pero se diferencia en que la válvula de control neumático regulará el
paso de oxígeno a los cilindros instalados en cada camilla del hospital que esté preparada
para atender casos de complicaciones respiratorias. Cada camilla cuenta con un cilindro
de oxígeno con dos pulsadores que controlarán su llenado. Por practicidad, en el
diagrama se muestra el llenado de un cilindro de oxígeno.
3.2. Dimensionamiento
Para el diseño del sistema neumático se va a tener en cuenta tres salas donde irán a parar
los cilindros y una sala principal donde se producirá el oxígeno medicinal.
Se tiene la sala 1, que es la principal porque ahí se encontrará instalada la planta
generadora de oxígeno medicinal PSA, las dimensiones de esta sala dependerá del
tamaño de la planta. Esta sala tendrá suficiente espacio para acomodar la planta y otros
equipos por si se necesita. Como referencia se tendrá una sala con dimensiones 25mx8m.
La sala 2 es donde irán a parar los cilindros de oxígeno de la fuente principal, esta sala
está pensada para almacenar los cilindros y ya que es de la fuente principal ,se necesitará
un espacio regular para los cilindros mencionados y para el afluente de personas que se
encargará de transportarlos a otras instalaciones del hospital donde sea requerido. Las
dimensiones contempladas para esta sala son de 5mx8m.
En la sala 3, estarán los cilindros de oxígeno de emergencia que corresponde a la fuente
secundaria. La sala cumplirá su función principalmente como lugar de almacenamiento
de tanques de oxígeno medicinal y se espera que tenga poca afluencia de personal. Por tal
motivo, las dimensiones contempladas son de 5mx5m.
Para la sala 4, estarán los pacientes a tratar por alguna complicación respiratoria. Esta
sala, como referencia, contará con 10 camillas, las cuales cada una posee un cilindro con
un sistema de llenado de oxígeno medicinal. Las dimensiones contempladas para esta sala
son de 5x15m
17

18. Figura 12: Dimensiones de la planta del hospital. Elaboración propia.
Puesto que el sistema neumático a diseñar cuenta con una variedad de equipos, las
dimensiones, la imagen de referencia y sus especificaciones se mostrarán por cada una en
el punto 4.2. Elección de componentes.
18

19. 4. CAPÍTULO IV - Instalación y equipos
4.1. Diseño de la Instalación
Para el diseño de la instalación se toma en cuenta las siguientes consideraciones:
● Existirán 3 tomas de oxígeno, 2 de fuentes en la zona de la planta de oxígeno las
cuales se consideran fuentes de tipo B (el factor de criticidad disminuye y el
consumo es menor al 100%) y 1 en la zona de emergencia donde están las
camillas que se considera una fuente de tipo A (consideración de diseño de un
100% de uso).
● Según datos que utiliza el IMSS, ya que se consideran 3 salidas en este diseño el
gasto en litros por minuto es de 181 L/min
● Las fuentes de calor en los lugares destinados al almacenaje, deben ser protegidas
o ubicadas de tal modo que los cilindros o gases comprimidos no deben ser
calentados al punto de activación de los mecanismos de seguridad. En ningún
caso la temperatura de los cilindros debe exceder los 130°F (54°C).
● Para el oxígeno medicinal la presión estándar de diseño a considerar es de 50
psig +5/-0 (345 Kpa +35/-0)
● Los sistemas ramales y principales deben ser tuberías con un diámetro nominal
no menor de 1/2”.
● Las tuberías deben tener soportes que las sujeten a la construcción del hospital.
Los sujetadores para cobre deben tener un adecuado acabado de este material u
otra protección contra la corrosión galvánica. En localizaciones potencialmente
húmedas, los sujetadores o soportes del tubo de cobre deben estar cubiertos de un
plástico o con un aislamiento que proteja al tubo.
● La fuente de vacío central debe consistir de 2 o más bombas que funcionen
alternativamente o simultáneamente en función de la demanda (bombas
múltiples). En el caso que una bomba de vacío falle, la otra bomba debe ser
dimensionada para mantener el vacío requerido al 100% de la demanda local.
● El diámetro mínimo de las tuberías de distribución debe ser de ½” definido por la
NFPA 99.
● El sistema va a alimentar 2 fuentes (una primaria y otra secundaria) con 4
entradas por lo menos cada uno y como son de tipo B se considera una frecuencia
de uso del 50% y caudal de 10 L/min (tomando como ejemplo el establecido por
la empresa privada Chemetron Medical Division Allied Health Care Products
Inc.). En el caso de la fuente camilla es para UCI, se considera que debe tener 10
entradas, con salida de 30 L/min cada una (tomando como ejemplo lo
recomendado por la IMSS).
4.2. Elección de componentes
19

20. La lista de equipos y accesorios ( sensores y actuadores) que constituyen el sistema
neumático a diseñar son los siguientes:
- Tubería de cobre (ASTM B819) tipo OXY/MED de coloración azul
Se usarán tuberías de uso médico de cobre de tipo L con diámetro externo de
5/8", con diseño duro (rígido) y que cumplas con la norma ASTM B 8149. Se usa
para la conducción de fluidos, es de material ligero y fuerte, además es resistente
a la corrosión. La pared lisa y fabricación sin costura permite un flujo constante y
una resistencia constante ante las presiones internas de trabajo. Se prevé usar
100m de tubería en la instalación.
Figura 13: Tuberías de cobre para sistemas de gas para hospitales. Adaptado de
la página comercial Nacobre.
- Válvula de cierre de control neumático tipo pistón 50S03
Esta válvula permitirá controlar la circulación de oxígeno medicinal en la tubería
de cobre.
Modelo 50S03, con dos vías de acción, de instalación simple y de alta precisión.
Puede ser usado para agua, aceite y gas, capaz de soportar hasta 16 bares de
presión. Tiene como dimensión aproximada 25 cm de ancho y la altura puede
variar de 46 a 53 cm.
Figura 14: Válvula de tipo pistón 50S03. Adaptado de la página comercial
DirectIndustry.
- Válvula de control de tres vías.
20

21. En el diseño del sistema neumático se ha contemplado el uso de varias válvulas
de control, el tipo de válvula a usar es la distribuidora de 3/2 vías con un pulsador
y un muelle de retorno. Capaz de soportar hasta 10 bares de presión, es de uso de
aire comprimido con manifold.
Figura 15: Válvula de cartucho PTA1 series. Es una válvula de 3/2 vias con
pulsador y muelle de retorno. Adaptado de la página comercial DirectIndustry.
- Unidad de mantenimiento para aire comprimido
Se usará un regulador lubricante para aire comprimido de la serie NL6. Tiene una
eficacia de filtración de 40 um, capaz de soportar hasta 16 bares de presión. Este
dispositivo consiste en una reguladora de presión con filtro, lubricante.
Figura 16: Filtro regulador lubricador para aire NL6 series. Adaptado de la
página comercial DirectIndustry.
- Compresor de aire
Para el uso de sistemas neumáticos necesitamos un compresor de aire. Se ha
escogido el compresor de modelo ABAC 29B, con una capacidad de trabajar
hasta con 100 L. Tiene una potencia de 3 hp y 2200 watios monofasico, puede
soportar hasta una presión de 10 bares y trabaja a 1350 rpm. Aspira aire hasta
320 L/min. Posee una dimensión de 1010x415x900mm.
21

22. Figura 17: Compresor Abac A29B 100 litros 3Hp. Adaptado de la página
comercial DirectIndustry.
- Racor de aire comprimido de triple y doble vía.
Se usará una serie de racores de triple y doble vía para transportar aire
comprimido a diferentes rangos de presiones o temperaturas a lo largo del
sistema neumático diseñado.
Se utilizará una serie de racores en forma acodado, en T y en Y. De material
tecnopolímero, capaz de soportar hasta 16 bares de presión y poseen un diámetro
de 16mm.
Figura 18: Racor de tecnopolímero 7000 series. Adaptado de la página comercial
DirectIndustry.
- Manómetros
Para el control de la presión en el sistema se usarán unos manómetros analógicos.
De material de acero inoxidable, con montaje roscado y capaz de soportar hasta
25 bares de presión. El manómetro a usar es de la serie TMP 602.
22

23. Figura 19: Manómetro de esfera TMP 602. Adaptado de la página comercial
DirectIndustry.
- Manifolds
Se usará un conjunto de manifolds para la conexión entre los cilindros de gas y la
línea suministro de oxígeno medicinal. El modelo escogido de manifolds integra
llaves de paso, calibradores de presión y reguladores. Se usará un manifold
multivia 610, hecho para gas y con capacidad para soportar hasta 40 bares de
presión.
Figura 20: Manifold multivía 610. Adaptado de la página comercial
DirectIndustry.
- Cilindros de oxígeno
Se usará una serie de cilindros para almacenar oxígeno medicinal producido por
la planta de oxígeno medicinal. El cilindro de oxígeno es de 10m3 con capacidad
de almacenar hasta 50L. Con un espesor mínimo de pared de 5.8mm, un diámetro
nominal de 232mm.
23

24. Figura 21: Balón De Oxígeno De 10m3 + Kit Completo Certificado + Manual De
Uso + CON OXÍGENO. Adaptado de la página comercial BalonesOxigenoPeru.
4.3. Cálculos de tuberías y otros
Para el cálculo de tubería se toma en cuenta las siguientes consideraciones:
Caudal
4 Entradas Fuente primaria = 10L/min c/u
4 Entradas Fuente Secundaria = 10L/min c/u
10 Entradas Fuente UCI = 30L/min c/u
Caudal total = 4*10L/min + 4*10L/min + 10*30L/min = 380L/min
Presión Estándar
Presión de entrega = 50psig +5/-0 = 345 KPa +35/-0 = 3.45-3.8 Bar
Distancia de tubería
24

25. Distancia fuente primaria = 50 metros
Distancia fuente secundaria = 70 metros
Distancia Fuente UCI = 100 metros
Por la disposición de las zonas se hará uso de una sola tubería desde el generador hasta la
zona UCI y en cada zona que pase se hará una bifurcación para la respectiva distribución.
Distancia de tubería de distribución a entradas = 5 metros
Caída máxima de presión = 20-25% de la presión de entrega
Longitud equivalente por los accesorios
Codo = 0.3 metros
Racor = 0.5 metros
Válvula de cierre = 0.5 metros
Reducción = 0.3 metros
Longitud total = 5.2 metros
Fórmula
∆𝑝 =
𝝻*𝜾*𝞄
2
*𝝆
2𝑑
Donde:
l = longitud de la tubería’
𝞵 = Coeficiente de fricción
d = diámetro de la tubería
v = velocidad del fluido
𝞺 = densidad del fluido
𝞓p = Caída de presión
La caída de presión estimada = 0.865 bar
El diámetro interno tubería = DN20 o ¾ ”
Presión de salida = 4.5 bar
Para las tomas la longitud es de 10 metros (son 3 tomas/entradas), usando la fórmula se
obtiene.
El diámetro interno de las tomas = DN15 o ½ ”
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26. 5. CAPÍTULO V - Análisis de Consumo / Costo
Se procederá ha realizar un análisis de costo y consumo por cada componente que constituye el
sistema neumático diseñado. Tomar en cuenta que para algunos equipos se ha tomado un precio
referencial, puesto que el precio varía según la región y país, el año de venta, el tipo de serie, el
modelo y la página de ventas.
Componentes Consumo / Rango
trabajo
Cantidad Precio(sol peruano)
Tubería de cobre 100m de largo 1 200
Válvula de control
de piston
10 bar 3 2000
Válvula de control
de 3 vías
10 bar 12 75
Unidad de
mantenimiento
10 bar 1 2000
Compresor de aire 320L/min ^ 3hp 1 2500
Racor de doble y
triple vía
10 bar 40 15
Manómetro
analogico
0-25 bar 10 30
Manifold multivia 10 bar 8 150
Tanque de oxígeno
+ kid completo
50L 16 1650
Considerando los implementos mencionados anteriormente, nos sale que el costo de la
instalación del sistema neumático diseñado es:
- Costo = 40100 soles peruanos
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27. 6. CAPÍTULO VI - Conclusiones y recomendaciones
Luego de la investigación, desarrollo y elaboración del presente trabajo podemos llegar a la
siguientes conclusiones en relación a los sistemas neumáticos de oxígeno medicinal para
hospitales desarrollados:
● El Oxígeno al ser considerado un medicamento solo puede ser fabricado, distribuido y
comercializado por laboratorios acreditados por la DIGEMID. Además, se ha
mencionado que con Decreto de Urgencia N.o 066-2020 del 04.06.2020, el presidente de
la República del Perú autoriza el uso del Oxígeno Medicinal con una concentración no
menor al 93%.
● El desarrollo de este proyecto de investigación requiere de un apoyo fuerte por parte del
estado con la finalidad de reproducir en gran medida el producto y ser puesto en marcha
en muchas zonas alejadas del país donde no tienen acceso al oxígeno medicinal.
● Se recomienda ,para la coyuntura actual, usar las tres fuentes de oxigeno medicinal de
manera activa. De esta manera, se aprovecharía al máximo la capacidad de la planta de
aire comprimido y se le daría un buen uso al sistema neumático diseñado.
● Para la implementación del sistema, se recomienda adquirir los dispositivos y
componentes en tiendas autorizadas. Tiendas como Festo, DirectIndustry entre otros.
● Se concluye que es posible realizar un sistema neumático capaz de regular la salida de
oxígeno medicinal a las tres fuentes mencionadas (fuente primaria, fuente secundaria y
fuente de camilla). Un sistema capaz de seguir funcionando incluso si alguna de sus
fuentes presenta algún problema técnico o de otra índole.
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28. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
● Abásolo, A. F. (2005). Instalaciones centralizadas de gases medicinales para uso
hospitalario. Revista Oficial de la Sociedad andaluza de Farmacéuticos de Hospitales,
1(2), 80-85.
● Abásolo, A. F. Capítulo V Instalaciones hospitalarias para el suministro de gases
medicinales medicamentos.
● Ramos Paucara, D., & Mendoza Carvajal, C. Instalación planta generadora de oxigeno
medicinal en Hospital Obrero N° 8 (Doctoral dissertation).
● Ley que regula, autoriza, asegura y garantiza el uso de oxígeno medicinal en los
establecimientos de salud públicos y privados a nivel nacional, Ley N° 31113 (11 de
mayo del 2021). En: Normas Legales, N° 31113. Diario Oficial “El Peruano”. Lima:
Congreso de la República
● Agencia AFP (26 de febrero del 2021) Perú se asfixia por falta de oxígeno en fase crítica
de la pandemia. Gestion. Recuperado de
https://gestion.pe/mundo/internacional/pase-sanitario-europeo-inicia-fase-de-pruebas-par
a-ser-operacional-en-junio-noticia/
● Boldrini M., Palacios G. (2019) Generador de Oxígeno para uso Hospitalario.
Recuperado de
http://rinfi.fi.mdp.edu.ar/bitstream/handle/123456789/390/BoldriNi%2BPalacion-TFG-I
Me-2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y
● DECRETO DE URGENCIA QUE DICTA MEDIDAS EXTRAORDINARIAS PARA
INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN Y EL ACCESO A SISTEMAS DE OXÍGENO
MEDICINAL PARA EL TRATAMIENTO DEL CORONAVIRUS Y REFORZAR LA
RESPUESTA SANITARIA, EN EL MARCO DEL ESTADO DE EMERGENCIA
NACIONAL POR EL COVID-19, DECRETO DE URGENCIA Nº 066-2020 (6 DE
JULIO DEL 2021). En: Normas Legales, Nº 066-2020. Diario Oficial “El Peruano”.
Lima: Congreso de la República
● Girón E. (2012) Sistema de gases médicos: una guía práctica para el diseño.
ING-NOVACION No.3 Reporte de Investigacion. Recuperado de
http://www.redicces.org.sv/jspui/bitstream/10972/1944/1/1.%20Sistema%20de%20gases
%20medicos%20una%20guia%20practica%20para%20el%20diseno.pdf
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