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Informe de proyecto del curso Cálculo Aplicado a la Física 2

DESFRIBRIL 1. RESUMEN

El presente proyecto tiene por objetivo principal sustentar la importancia de la aplicación de un desfibrilador, mediante una recopilación teórica, análisis de la información, planteamiento de ejercicios de casos reales y aplicativos en los que se pondrá en evidencia la relevancia del buen funcionamiento de este dispositivo. Asimismo, para tener más claro el concepto hemos definimos el desfibrilador, como un dispositivo médico que suministra un choque eléctrico en forma controlada, permitiendo al operador seleccionar una corriente variable en el momento oportuno, de acuerdo con la condición del paciente, en otras palabras es usado para generar un paro y su progresiva reprogramación rítmica del corazón debido a una taquicardia ventricular sin pulso o a una fibrilación ventricular, la cual a su vez se da debido a que el corazón bombea sangre de forma errática la cual impide que el cuerpo permita acceso de oxígeno, lo realiza través de una descarga eléctrica dependiendo su humedad corporal, tensión recibida, frecuencia de la corriente, peso corporal, pasando de un circuito AC a un circuito DC. Además, también se realizará un diseño del dispositivo en AutoCAD. Finalmente, se tendrá como resultados esperados la sustentación óptima del uso del desfibrilador en buen estado y las conclusiones pertinentes. Palabras claves: Desfibrilador, descarga eléctrica, electrostática. 2. INTRODUCCIÓN

El presente proyecto tiene como finalidad revalorar la aplicación de la electrostática en un desfibrilador; ya que es muy importante usarlo en los centros de salud médica en el que congregan personas de diferentes edades, y desconocen su funcionamiento del desfibrilador y como está ligado a la física.

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Por ello, es necesario definir al desfibrilador, el cual es un dispositivo muy útil, primordial y oportuno, que se utiliza cuando un ser humano se encuentra en una fibrilación o taquicardia ventricular sin pulso, para así poder administrar una descarga eléctrica a través de la pared toráxica que es capaz de restablecer el ritmo cardíaco normal de la víctima. Además, el concepto de desfibrilación eléctrica fue introducido en 1899 por Prevost y Batelli, después de notar que grandes voltajes aplicados al corazón de un animal podían poner fin a la fibrilación ventricular. Posteriormente, Hooker, Kouwenhoven y Langworthy realizaron varios estudios, con el fin de desarrollar un desfibrilador portátil que fuera útil para las empresas eléctricas, ya que sus empleados sufrían electrocución con frecuencia; y fue así como estos autores en 1933 publicaron un informe de la realización de una desfibrilación interna exitosa, mediante la aplicación de corriente alterna en un estudio animal. Asimismo, no se conoce el lugar exacto donde podría ocurrir un incidente con el corazón por lo que podría darse en cualquier parte (restaurantes, calles, lugares de trabajo, entre otros) con lo cual los equipos médicos que atienden a la persona con este problema deberían portar el instrumento médico portátil, hasta podrían salvar miles de personas y gracias al doctor John Geddes y al técnico Alfred Mawhinney y el maestro Pantridge que se logró inventar el desfibrilador portátil en el año 1965. También, nos indica el acceso a una intervención temprana implementando la aplicación del DEA, reduce cada minuto la mortalidad de los pacientes que sufren un evento cardíaco en un 3 a 4%. Gracias a este gran aporte en la medicina sirvió de manera satisfactoria y exitosa al poder lograr salvar vidas humanas con problema cardíacos como el Lyndon Johnson (Ex Presidente de EEUU en 1972) lo cual sirvió como un instrumento necesario en cada 2

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hospital, en las ambulaciones, entre otros lugares .Sin embargo no todo es tomado de manera satisfactoria con el proyecto ya que existe un gran porcentaje de personas que perdieron la vida con este dispositivo uno de estos casos es por negligencia médica, el uso inapropiados de los desfibriladores, fallo rápido de la batería, mala programación, entre otra razones las cuales fueron investigadas por colaboradores de la Universidad de California donde se indican los resultados de un estudio realizado durante 35 meses en autopsias de portadores de dispositivos electrónicos que murieron de muerte súbita . De la misma forma, según El País, Artículo periodístico de Valencia, nos indicó que registró el caso de la muerte de un hombre en el año 2019 por un paro cardiorrespiratorio, el cual, ocurrió por un fallo en el desfibrilador por falta de mantenimiento, no realizada desde el año 2016. Con lo que indicaron los personales médicos que intentó reanimarlo, pero sin éxito alguno sin embargo investigadores indicaron que se utilizó el desfibrilador el cual no llegó a cabo su objetivo por falta de batería, lo cual indicaría que el voltaje que ofrecía esta batería fue mínimo con lo cual no se pudo salvar la vida de esta persona, porque con respecto a su cuerpo (peso, humedad, etc.) requería una mayor descarga. a) Descripción del proyecto: Para poder desarrollar este proyecto principalmente tuvimos que consultar manuales del desfibrilador lo cual nos indicaría como es el circuito de dicho aparato y como es la liberación de este voltaje en el momento requerido, lo cual a su vez nos indica la manera correcta de uso y todas las restricciones e informaciones pertinentes, como también comprender los posibles fallos que generaron la muerte de muchas personas por este dispositivo. En tal sentido, la estructura a seguir para desarrollar este proyecto es: -Etapa preliminar: 2 semanas.

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-Etapa de participación cooperativa: 3 semanas. -Etapa de gabinete: 3 semanas. b) Objetivos: 

Objetivo General:  Sustentar la importancia de la aplicación de un desfibrilador, mediante una recopilación teórica, análisis de la información, planteamiento de ejercicios de casos propuestos en los que se pondrá en evidencia la relevancia del buen funcionamiento de este dispositivo.

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Objetivos específicos:  Conocer las características y principios de funcionamiento de un desfibrilador.  Proponer y analizar dos casos comparativos del funcionamiento de un desfibrilador.  Diseñar un desfibrilador en AutoCAD 3D.

c) Alcances y limitaciones: 

Alcances:  Accesibilidad a internet para la búsqueda de información bibliográfica.  Accesibilidad al zoom para coordinaciones de las reuniones online para el desarrollo del presente proyecto.

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Limitaciones:  Inaccesibilidad a simuladores online gratuitos.  Costo elevado para realización de maqueta. 4

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3. FUNDAMENTO TEÓRICO En primer lugar, está el tema de la electrostática que influye en el desfibrilador en la cual vamos a explicar un poco la definición y cómo se relaciona. Asimismo, la electrostática es una rama de la Física que estudia los efectos producidos en los cuerpos y como consecuencia de sus cargas eléctricas, o lo que es lo mismo, el comportamiento de las cargas eléctricas en situación de equilibrio. Por otra parte, está la carga eléctrica que

es

la

responsable

de

los

efectos

electrostáticos (de atracción o de repulsión) que se generan entre los cuerpos que la posee. No obstante, la electrostática surgió mucho antes de que se comprendiera que la electricidad y el magnetismo son fenómenos emparentados y que deben estudiarse conjuntamente. De este modo, los antiguos griegos ya habían notado los extraños fenómenos que surgían de frotar un trozo de ámbar con lana u otros tejidos, y cómo atraían objetos pequeños con electricidad estática. Además, la formulación de la Ley de Coulomb en el siglo XVII y de las Leyes de Maxwell en el siglo XIX dio forma definitiva a esta disciplina de la física y sentó las bases para su inclusión en el estudio formal del electromagnetismo. El objeto de estudio de la electrostática es la electricidad estática, definida como el fenómeno producido entre dos cuerpos que han acumulado una carga eléctrica, ya sea por inducción o por fricción. En otras palabras, la carga eléctrica por frotación está determinados en objetos que pueden cargarse eléctricamente tras ser frotados el uno contra el otro, ya que este contacto despoja de los electrones externos a uno y los transfiere al otro. Por ejemplo, 5

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un objeto queda, entonces, cargado electronegativamente, mientras que el otro queda cargado electropositivamente. De ahí está la carga eléctrica por inducción que es un mecanismo de carga eléctrica estática que no requiere del contacto entre los materiales. Sino un material está eléctricamente cargado con carga negativa y se lo acerca a un cuerpo eléctricamente neutro, los electrones de este último se sentirán repelidos por el exceso de electrones en el primer cuerpo y se moverán dentro del material hasta ubicarse lo más alejados posible del cuerpo cargado. Es decir, que los fenómenos electrostáticos son muchos fenómenos cotidianos que nos permiten experimentar la electrostática, por ejemplo: -Al peinarnos: A la vez, si el peine posee cierto tipo de material plástico aislante, al frotarlo repetidamente contra nuestro cabello se cargará de electrones y atraerá nuestro cabello, haciendo que se eleve o se ponga de punta. Incluso se puede usar ese peine cargado para atraer pequeños trozos de papel. -Arrastrar los pies por la alfombra: Se debe tener puestas medias de tela, para que la electricidad estática se acumule en nuestro cuerpo y después podamos tocar a alguien directamente y sentir una pequeña descarga eléctrica entre las pieles. -Frotar un vidrio con un paño. Si el paño es lo suficientemente grueso, el vidrio (que es un aislante) quedará cargado eléctricamente y atraerá las pequeñas partículas que haya alrededor. En el caso del desfibrilador, por teoría se conoce que se realiza a través de un circuito RLC del Desfibrilador Manual de la marca 6

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BENEX del modelo de REANIBEX SERIE 700, el cual nos indica la transformación de voltaje de 220v al voltaje requerido para el cuerpo humano, correspondientes a su humedad corporal, tensión recibida, frecuencia de la corriente, peso corporal, textura de piel entre otras características tomadas en cuenta. Además, el primer desfibrilador portátil fue inventado por Frank Pantridge en Belfast, hacia mediados de 1960. Este modelo pesaba 70kg y se alimentaba con baterías de coche. Ya hacia mediados de 1968 Pantridge había creado un dispositivo que pesaba tan sólo 3kg, y llegó a conocerse como el “Padre de la Medicina de Emergencia” gracias a sus trabajos pioneros. De la misma forma, sabemos de qué las electrostática es la rama de la física que analiza los efectos mutuos que se producen entre dos o más cuerpo. También, sabemos de qué la electrostática es una carga eléctrica sin movimiento en la cual influye en el desfibrilador. Además, esta los materiales que están hechos de átomos en la cual es la partícula más pequeña de un material que todavía se conserva las propiedades de dicho material ;ya que, cada átomo está formado por un núcleo con carga positiva alrededor del cual se mueven uno o más electrones negativos y en reposo, la carga positiva del núcleo es igual a la suma de las cargas negativas de todos los electrones que giran a su alrededor (carga neutra) y como se genera la electrostática es cuando dos o más cuerpos entran en contacto y se separan de nuevo. Asimismo, el nivel de carga (la fuerza del campo) depende de varios factores: el material y sus propiedades físicas y eléctricas, la temperatura, la humedad, la presión y la velocidad de separación. Asu vez, se produce fricción y esos materiales pasan a tener una carga positiva o negativa y la a magnitud y la polaridad de la carga dependen de la posición del material en la serie.

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Por otro lado, los desfibriladores externos automáticos nos indica que son estimuladores cardiacos eléctricos que aplican breves electrochoques de alto voltaje al corazón. Estos aparatos son usados para restaurar el ritmo normal y contractibilidad del corazón en los pacientes que presentan ritmos de paros desfibriladles los cuales son: taquicardia ventricular sin pulso (TV) o fibrilación ventricular (FV). Algunos desfibriladores pueden ser también usados para cardio verter en personar con disritmias. Los DEA son altamente confiables en el análisis de estos ritmos con una sensibilidad del 81-100% y una especificidad del 97.6-99.9%. Es decir, de que la desfibrilación más utilizadas son, en la actualidad, la onda senoidal amortiguada y la onda bifásica. En el primer caso el pulso se obtiene cuando la descarga del capacitor se da a través de un inductor y la resistencia transtorácica del paciente, por la tanto tenemos un circuito de descarga RLC serie. La forma de onda resultante depende de la definición de los valores de estos componentes. De este modo, podemos ver que el circuito planteado por el desfibrilador, nos indica a través

del gráfico, la

representación del voltaje que fue liberado por los condensadores cargados y la forma como entra la resistencia del electrodo, del tórax y del corazón dando así como se encuentran en serie, en la cual concluye la resistencia total de un ser humano en su cuerpo y a su vez es administrado en un desfibrilador ;ya que, en la cual indicara la cantidad de voltaje que puede recibir dicho cuerpo, sin verse afectado (no generar la muerte).El voltaje que entregara al cuerpo humano va atreves del circuito RLC, el cual disminuye el voltaje entregados por las baterías a

los condensadores y libéralos

progresivamente. 8

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Con esta información se puede concluir que el desfibrilador es una acción que realiza al producir una energía en base en bajos principios de la ley de Joule, en la cual se relaciona potencia con la energía dividida sobre la variación de tiempo al igual que Intensidad que transcurre por el cuerpo al cuadrado multiplicado por la resistencia del cuerpo del ser humano. Lo cual nos logra poder inferir sobre que la intensidad de corriente podría generar algún problema en cuerpo, así como lo indica la imagen. Sin embargo, no en todos los casos puede ser lo mismo debido a que todo ser humano son diferentes, por ellos esta imagen es basada bajado los estándares de una persona de cuerpo humano promedio. 4. METODOLOGÍA Nuestro proyecto, se desarrolló con una previa planificación y una oportuna ejecución. Por tanto, el camino que se siguió para lograr los objetivos, es el siguiente: A. Etapa preliminar 

Descripción: Búsqueda de información bibliográfica, antecedentes, fundamento teórico, manuales de funcionamiento de un desfibrilador, tutoriales de AutoCAD 3D.

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Recursos: Laptop, celular, Microsoft Word, Zoom, Youtube.

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Instrumentos: fichas bibliográficas y fichas de resumen.

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Procedimientos: -Definición del tema de investigación -Búsqueda y elección de fuentes de información -Lectura de los materiales 9

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-Resumen de los materiales leídos. -Elaboración de listado bibliográfico. B. Etapa de participación cooperativa: 

Descripción: Reuniones virtuales, mesa de trabajo, debate y discusión referente a la información obtenida en la etapa anterior para lograr compartir la información necesaria entre todos los miembros del equipo, en base al análisis de la información recopilada. Asimismo, se elabora parte de la estructura del informe a presentar.

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Recursos: Laptop, celular, Microsoft Word, Zoom.

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Instrumentos: grupo de discusión y ficha de análisis de información consensuada,

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Procedimientos: -Lluvia de ideas -Análisis -Debate -Consenso

C. Etapa de gabinete: 

Descripción: Diseño de un modelo de desfibrilador en el software AutoCAD 3D, propuesta de comparación de dos casos aplicativos en el uso del desfibrilador y culminación del informe a presentar.

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Recursos: Laptop, celular, Microsoft Word, Zoom, YouTube, AutoCAD

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Instrumentos: Manual de AutoCAD

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Procedimientos: -Diseño de piezas -Unión de piezas

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DETALLES EXPERIMENTALES Para comenzar explicaremos los detalles de cómo se realizó el dibujo CAD en 3D en la cual se mostrará el desfibrilador de distintas vistas. Además, mostraremos un video de cómo se utiliza el desfibrilador y a través de ello explicaremos mediante un ejemplo utilizando fórmulas la Ley Ohm para así determinar magnitudes en circuitos eléctricos alimentados con corriente directa. Y por otra parte está la Ley de Joule que se conoce como efecto de joule al fenómeno irreversible por el cual se circula la corriente eléctrica. 

MAQUETA DE DESFRIBILADOR A TRAVÉZ DE AUTO CAD EN 3D

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5. RESULTADOS 

COMPARACIÓN DE DOS CASOS PROPUESTOS DEL USO DE UN DESFIBRILADOR

Una persona que posee una resistencia de 2680 ohmios en estado óptimo, el cual recibe una potencia de 100j por el desfibrilador. ¿Qué corriente pasara por el cuerpo de la persona y el voltaje en 40ms?

Solución:

Ley de Joule Reemplazamos:

 Con el dato de la intensidad de corriente que recibe el cuerpo, podría sobrevivir a un paro respiratorio, pero se sabe con exactitud si se obtendría marcas en el cuerpo del ser humana ya que el cuerpo al ser un resistor la corriente recorre cada centímetro del cuerpo

Ley de OHM Reemplazamos:  Según los datos brindados calcular el

voltaje transferido por todo el cuerpo, sería el indicado en la resolución lo cual podría salvar la 13 vida de un ser humano en caso de encontrarse en peligro de muerte.

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Al poder conocer toda esta información sobre le voltaje y el amperaje, se logra conocer que todo cuerpo que recibe una corriente posee un mínimo de conservación de dicha descarga por ellos si un cuerpo es desfibrilado es posible tener que el cuerpo al mantenga un poco de la corriente ingresas y sea almacenada como una carga. Se conoce que el cuerpo posee una capacitancia desde 100picoFaraday hasta 200 pico Faraday, Sim embargo es posible determinar exacto como el caso anterior, pero se estima ese rango de capacitancia. Si estimamos ese rango como los que posee un ser humano podemos establecer que carga es almacenada por el cuerpo humano. Con respecto al problema anterior, calcular el rango que almacena de carga el cuerpo humano en una desfibrilación

Por Capacidad eléctrica



Según los datos brindados calcular la carga almacena y distribuida en el cuerpo humano.

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DISEÑO DE UN DESFIBRILADOR EN AUTOCAD 3D DISCUCIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

6. CONCLUSIONES Se presenta un resumen completo y coherente de la discusión de resultados, enfatizando en la contribución del autor y dando respuesta a los objetivos, hipótesis y problema.

7. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

1. Palleiro, M. O., & López, C. B. (2007). Manejo del desfibrilador y técnica de desfibrilación. FMC-Formación Médica Continuada en Atención Primaria, 14(1), 30-32.

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8. ANEXOS

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