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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚAplicación de la electrostática en el uso del desfibriladorTrabajo que forma parte del curso de Calculo Aplicado a la Física IIIntegrantes:Janeth Vargas H. UEdma, Lindo G. UJennifer, Carmen S. UFlor de María, Pachas H. UDiego, Palomino Ch. UJampier, Deza L. UDaniel, S...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

Aplicación de la electrostática en el uso del desfibrilador

Trabajo que forma parte del curso de Calculo Aplicado a la Física II

Integrantes:

Janeth Vargas H.

U20222324

Edma, Lindo G.

U19203858

Jennifer, Carmen S.

U19207411

Flor de María, Pachas H.

U20102309

Diego, Palomino Ch.

U20205236

Jampier, Deza L.

U20249508

Daniel, Serrano G.

U19200697

Lima, 19 de noviembre del 2021

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CONTENIDO 1. RESUMEN....................................................................................................... 3 2. INTRODUCCION............................................................................................. 4 A. DESCRIPCION DEL PROYECTO...................................................................5 B. OBJETIVOS.................................................................................................... 5 C. ALCANCES Y LIMITACIONES...................................................................... 5 3. MARCO TEÓRICO.......................................................................................... 6 3.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA........................................................... 6 3.2. DEFINICION DE TERMINOS BASICOS...................................................... 8 3.2.1 DESFIBRILADOR...................................................................................... 8 3.2.2 DESFIBRILACIÓN…………........................................................................8 3.2.3 SISTEMA DECONDUCCION ELECTRICA DEL CORAZÓN………………8 3.2.4 CAPACITOR................................................................................................9 3.2.5 ENERGIA ALMACENDA DE UN CAPACITOR CON CARGA...................9 3.2.6 ELECTRODOS…………………………….………………………………….....9 3.2.7 ELECTROSTATICA………………….……………………………………….....9 4. METODOLOGIA...............................................................................................10 5. RESULTADOS. ...............................................................................................10 6. CONCLUSIONES.............................................................................................10 7. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA. ...................................................................11 8. ANEXOS. .........................................................................................................11

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1. Resumen El tema elegido para explicar en base a los fundamentos teóricos del curso trata de la importancia de la aplicación de un desfibrilador, la cuál es demostrada mediante una recopilación teórica, análisis de la información en los que se pondrá en evidencia la relevancia del buen funcionamiento de este dispositivo. Como nociones previas sabemos que cuando el corazón del paciente deja de latir, el desfibrilador administra una descarga eléctrica a través de la pared torácica que es capaz de restablecer el ritmo cardíaco normal de la persona. Por teoría se conoce que la operación se realiza a través de un circuito RLC del Desfibrilador (Por ejemplo, el de la marca 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. El funcionamiento del dispositivo se basa en las leyes de electrostática y electrodinámica, el cual se presentará en el proyecto de investigación. Palabras claves: Desfibrilador, descarga eléctrica, electroestática.

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2. Introducción El presente proyecto tiene como finalidad valorar la importancia de la aplicación de la electrostática en 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, 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. 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%. 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 .

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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. Los 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. Por esta razón, este trabajo se centrará en la aplicación de la electrostática en el uso de la desfibrilación y obtener resultados óptimos en el funcionamiento de este. 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 ese sentido, la estructura a desarrollar nuestro proyecto pretende describir de una manera sencilla y lúdica, las distintas experiencias que se van a presentar. B. Objetivos Objetivo general ●

Analizar conceptos como la electroestática, ley de Joule y ley de OHM.

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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.

Objetivos específicos ●

Conocer las características y principios de funcionamiento de un desfibrilador.

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Proponer y analizar dos casos comparativos del funcionamiento de un desfibrilador.

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Diseñar un desfibrilador en (SketchUp u otra herramienta).

C. Alcances y limitaciones Alcances: ●

El presente trabajo cuenta con la información bibliográfica ya que tenemos accesibilidad a internet para la búsqueda de información.

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La investigación no solo abarca para hospitales o centros de salud, también como conocimiento para todas las personas, ya que, en una emergencia es muy importante conocer su funcionamiento del desfibrilador.

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Accesibilidad al zoom para coordinaciones de las reuniones online para el desarrollo del presente proyecto.

Limitaciones: ●

Inaccesibilidad a simuladores online gratuitos.

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Costo elevado para realización de maqueta.

3. Marco teórico 3.1 Antecedentes del problema 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, 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

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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, cuando nos peinamos, 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. Otro ejemplo, cuando arrastramos 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. Por último, si frotamos 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 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. Por otro lado, los desfibriladores externos automáticos nos indican 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

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81-100% y una especificidad del 97.6-99.9%. Es decir, de que la desfibrilación más utilizada es, en la actualidad, la onda senoidal amortiguada y la onda bifásica. 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 es diferente, por ellos esta imagen es basada bajado los estándares de una persona de cuerpo humano promedio. 3.2. Definiciones de términos básicos 3.3.1 Desfibrilador Aparato electrónico de usos medico capaz de registrar la actividad eléctrica del corazón y emitir una o varias descargas eléctricas cuando s e presenta una alteración del ritmo cardiaco o arritmia. ¿Cómo funciona un desfibrilador?

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3.3.2 Desfibrilación La desfibrilación eléctrica libera corriente en gran cantidad al miocardio, despolarizándolo y terminando la fibrilación ventricular y otras arritmias. La desfibrilación eléctrica no es más que la despolarización masiva del miocardio con el fin de producir por un instante una homogeneidad eléctrica cardiaca que lleve a la reanudación de un ciclo normal, como respuesta del automatismo. 3.3.3 Sistema de Conducción Eléctrica del Corazón Este sistema permite que el impulso generado en el nodo sinusal (SA) sea propagado y estimule al miocardio (el músculo cardíaco), causando su contracción. La desfibrilación eléctrica libera corriente en gran cantidad al miocardio, despolarizándolo y terminando la fibrilación ventricular y otras arritmias. La desfibrilación eléctrica no es más que la despolarización masiva del miocardio con el fin de producir por un instante una homogeneidad eléctrica cardiaca que lleve a la reanudación de un ciclo normal, como respuesta del automatismo.

3.2.3 Capacitor Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico.

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3.2.4 Energía almacenada de un capacitor con carga Las cargas (+) y (-) n están separadas en el sistema de dos conductores en un capacitor, en el sistema se almacena energía potencial eléctrica. Con frecuencia, la descarga se observa como una chispa visible. El grado de choque que reciba dependerá de la capacitancia y el voltaje aplicados al capacitor. 3.2.5 Electrodos Como cualquier otra fuente de energía eléctrica, un desfibrilador posee dos terminales denominadas paletas (electrodos) las cuales tienen una polaridad definida y son el sitio de contacto eléctrico entre el aparato y el paciente. 3.2.6 Electrostática La electrostática es la rama de la física que analiza los efectos mutuos que se producen entre dos o más cuerpos.

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3.3. Conocimientos Empíricos: 3.3.1.

Funcionamiento del desfibrilador

El desfibrilador es un dispositivo que suministra un choque eléctrico en forma controlada, permitiendo al operador seleccionar una corriente variable en el momento oportuno. En este dispositivo usan la energía eléctrica almacenada en un capacitor para liberar una corriente eléctrica controlada. La desfibrilación eléctrica libera corriente en gran cantidad, despolarizándolo y terminando la fibrilación ventricular y otras arritmias. Las cargas positivas y negativas están separadas en el sistema de dos conductores en un capacitor,

en

el

sistema se almacena energía potencial eléctrica. Si las placas de un capacitor con carga se conectan mediante un conductor como un alambre, la carga se mueve entre cada placa y su alambre conector hasta que el capacitador se descarga. Con frecuencia, la descarga se observa como una chispa visible. El grado de choque que reciba dependerá de la capacitancia y el voltaje aplicados al capacitador. Como cualquier otra fuente de energía eléctrica, un desfibrilador posee dos terminales denominadas paletas o electrodos, las cuales tienen una polaridad definida y son el sitio de contactó eléctrico entre el aparato y el paciente. El mecanismo por el cual el desfibrilador almacena una energía eléctrica consta de unos elementos denominados condensadores, los cuales reciben corriente proveniente de unas baterías que a su vez permanecen cargadas de electricidad mediante la alimentación permanente de la corriente alterna. Cuando el operador carga el desfibrilador, los condensadores se “llenan” de electricidad y la mantienen disponible hasta descargarla en el paciente una vez se accione el botón de mando adecuado. Las

formas

de

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. En la Figura 1 apreciamos diferentes ondas senoidales amortiguadas.

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La Figura 2 muestra el circuito básico de un desfibrilador de onda senoidal amortiguada. Este circuito tiene un transformador elevador y un rectificador, que son usados para argarel condensador

C.

La

carga

del

capacitor

está

determinada

por

la

tensión el

autotransformador variable del circuito primario Una vez completada la descarga, la llave vuelve a la posición 1 donde el capacitor se carga nuev...