Patrones de respiración espontánea en el simulador físico de la mecánica respiratoria SAMI-SII
60 páginas
- Autores:
-
Guerra Rodriguez, Adrian Steeven
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad EIA .
- Repositorio:
- Repositorio EIA .
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://repository.eia.edu.co/handle/11190/7283
- Palabra clave:
- Control PID
Algoritmo genético
Simulador respiratorio
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Patrones respiratorios
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- Rights
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Montagut Ferizzola, Yeison Javiervirtual::815-1Guerra Rodriguez, Adrian Steeven2025-12-15T13:54:24Z2025-12-15T13:54:24Z2025https://repository.eia.edu.co/handle/11190/728360 páginasRESUMEN: El presente trabajo de grado aborda el desarrollo de estrategias de control para el simulador físico de mecánica respiratoria SAMI–SII, con el objetivo de reproducir patrones de respiración espontánea. La problemática surge de la necesidad de contar con herramientas experimentales que permitan la enseñanza, investigación y validación de técnicas de ventilación mecánica y fisiología respiratoria, mediante la generación de curvas de presión intratorácica que imiten condiciones fisiológicas. La solución planteada consistió en el diseño y ajuste de controladores independientes para los dos actuadores principales del sistema: la bomba de vacío, encargada de generar la presión negativa, y el pistón neumático, responsable del desplazamiento del diafragma artificial. Para la bomba de vacío, se realizó la caracterización experimental de su comportamiento dinámico, identificando un modelo de primer orden con retardo (POR) que sirvió como base para la implementación de un controlador PID. Este fue sintonizado inicialmente de manera manual y posteriormente optimizado mediante un algoritmo genético, evaluando su desempeño frente a cambios en el setpoint y distintas condiciones de operación. En el caso del pistón neumático, se establecieron parámetros operativos ajustables que permiten configurar la frecuencia, amplitud y relación inspiración–espiración, con el fin de reproducir distintos patrones respiratorios. Se definieron y comprobaron dos patrones de referencia —eupnea y taquipnea—, caracterizados por su frecuencia, morfología de la curva de presión intratorácica y tiempos inspiratorio y espiratorio. Los resultados obtenidos demuestran que el sistema logra replicar, con tolerancias aceptables, la amplitud y temporización de las curvas objetivo, manteniendo un error reducido en estado estacionario y respetando las relaciones temporales establecidas para cada patrón. Estos hallazgos validan la efectividad de la metodología propuesta y posicionan al SAMI–SII como una herramienta versátil para aplicaciones académicas e investigativas en el campo de la ventilación mecánica y la simulación de la fisiología respiratoria.ABSTRACT: This undergraduate thesis addresses the development of control strategies for the SAMI–SII physical respiratory mechanics simulator, aiming to accurately reproduce spontaneous breathing patterns. The work arises from the need for experimental tools that enable teaching, research, and validation of mechanical ventilation techniques and respiratory physiology, through the generation of intrathoracic pressure curves that mimic physiological conditions. The proposed solution involved the design and tuning of independent controllers for the system’s two main actuators: the vacuum pump, responsible for generating negative pressure, and the pneumatic piston, which drives the movement of the artificial diaphragm. For the vacuum pump, experimental characterization of its dynamic behavior was carried out, identifying a first-order plus dead time (FOPDT) model that served as the basis for implementing a PID controller. This controller was initially tuned manually and later optimized using a genetic algorithm, assessing its performance under variations in setpoint and different operating conditions. In the case of the pneumatic piston, adjustable operating parameters were defined to configure frequency, amplitude, and inspiration–expiration ratio, allowing the reproduction of different breathing patterns. Two reference patterns —eupnea and tachypnea— were defined and tested, each characterized by their frequency, intrathoracic pressure curve morphology, and inspiratory and expiratory times. The experimental results demonstrate that the system can reproduce the target curves with acceptable tolerances in amplitude and timing, maintaining a low steady-state error and preserving the temporal relationships established for each pattern. These findings validate the effectiveness of the proposed methodology and position the SAMI–SII as a versatile tool for academic and research applications in mechanical ventilation and respiratory physiology simulation.PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)application/pdfspaUniversidad EIAIngeniería MecatrónicaEscuela de Ingeniería y Ciencias BásicasEnvigado (Antioquia, Colombia)Derechos Reservados - Universidad EIA, 2025Atribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Patrones de respiración espontánea en el simulador físico de la mecánica respiratoria SAMI-SIITrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Control PIDAlgoritmo genéticoSimulador respiratorioModelo PORPatrones respiratoriosPID controlGenetic algorithmRespiratory simulatorFOPDT modelBreathing patternsPublication0000-0002-5709-4701virtual::815-1https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000269840virtual::815-1435eedb3-c98b-4764-a49f-1a8f47889a7fvirtual::815-1435eedb3-c98b-4764-a49f-1a8f47889a7fvirtual::815-1LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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