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Un concentrador de oxígeno es un dispositivo que concentra el oxígeno de un suministro de gas (normalmente aire ambiente) mediante la eliminación selectiva de nitrógeno para suministrar una corriente de gas producto enriquecido en oxígeno.
Dos métodos de uso común son la adsorción por oscilación de presión y la separación de gases por membrana .
Historia [ editar ]
Los concentradores de oxígeno para uso médico doméstico se inventaron a principios de la década de 1970, y la producción de estos dispositivos aumentó a fines de la década de 1970. Union Carbide Corporation y Bendix Corporationfueron los dos primeros fabricantes. Antes de esa era, la oxigenoterapia médica domiciliaria requería el uso de cilindros de oxígeno pesados de alta presión o pequeños sistemas de oxígeno líquido criogénico. Ambos sistemas de suministro requerían frecuentes visitas domiciliarias de los proveedores para reponer los suministros de oxígeno. En los Estados Unidos, Medicare pasó del pago de tarifa por servicio a una tarifa mensual fija para la oxigenoterapia domiciliaria a mediados de la década de 1980, lo que provocó que la industria de equipos médicos duraderos (DME) adoptara rápidamente los concentradores como una forma de controlar los costos. Este cambio de reembolso redujo drásticamente el número de sistemas primarios de suministro de oxígeno líquido y de alta presión que se utilizaban en los hogares de los Estados Unidos en ese momento. Los concentradores de oxígeno se convirtieron en el medio preferido y más común de suministrar oxígeno a los hogares.El número de fabricantes que ingresaron al mercado de concentradores de oxígeno aumentó exponencialmente como resultado de este cambio.Union Carbide Corporation inventó el tamiz molecular en la década de 1950 que hizo posible estos dispositivos. También inventó los primeros sistemas de oxígeno médico doméstico líquido criogénico en la década de 1960.
Cómo funcionan los concentradores de oxígeno [ editar ]
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Los concentradores de oxígeno que utilizan tecnología de adsorción por oscilación de presión (PSA) se utilizan ampliamente para el suministro de oxígeno en aplicaciones sanitarias, especialmente donde el oxígeno líquido o presurizado es demasiado peligroso o inconveniente, como en hogares o clínicas portátiles. Para otros fines, también existen concentradores basados en tecnología de membranas de separación de nitrógeno .
Un concentrador de oxígeno toma aire y elimina el nitrógeno, dejando un gas enriquecido con oxígeno para que lo utilicen las personas que necesitan oxígeno médico debido a los bajos niveles de oxígeno en la sangre. [1] Los concentradores de oxígeno proporcionan una fuente económica de oxígeno en procesos industriales donde también se conocen como generadores de gas de oxígeno o plantas de generación de oxígeno .
Adsorción por cambio de presión [ editar ]
Estos concentradores de oxígeno utilizan un tamiz molecular para adsorber gases y funcionan según el principio de adsorción por cambios rápidos de presión de nitrógeno atmosférico en minerales de zeolita a alta presión. Este tipo de sistema de adsorción es, por tanto, funcionalmente un depurador de nitrógeno que deja pasar los demás gases atmosféricos, dejando el oxígeno como gas primario restante. La tecnología PSA es una técnica confiable y económica para la generación de oxígeno a pequeña y mediana escala. La separación criogénica es más adecuada para volúmenes más altos y la entrega externa generalmente es más adecuada para volúmenes pequeños. [2]
A alta presión, la zeolita porosa adsorbe grandes cantidades de nitrógeno, debido a su gran superficie y características químicas. El concentrador de oxígeno comprime el aire y lo pasa sobre la zeolita, lo que hace que la zeolita adsorba el nitrógeno del aire. Luego recoge el gas restante, que es principalmente oxígeno, y el nitrógeno se desorbe de la zeolita bajo presión reducida para ser ventilado.
Un concentrador de oxígeno tiene un compresor de aire, dos cilindros llenos de pastillas de zeolita, un depósito de compensación de presión y algunas válvulas y tubos. En el primer medio ciclo, el primer cilindro recibe aire del compresor, que dura unos 3 segundos. Durante ese tiempo, la presión en el primer cilindro aumenta de la atmosférica a aproximadamente 2,5 veces la presión atmosférica normal (típicamente 20 psi / 138 kPa manométricos, o 2,36 atmósferas absolutas) y la zeolita se satura con nitrógeno. A medida que el primer cilindro llega casi al oxígeno puro (hay pequeñas cantidades de argón, CO 2 , vapor de agua, radóny otros componentes atmosféricos menores) en el primer semiciclo, se abre una válvula y el gas enriquecido con oxígeno fluye hacia el depósito de compensación de presión, que se conecta a la manguera de oxígeno del paciente. Al final de la primera mitad del ciclo, hay otro cambio de posición de la válvula para que el aire del compresor se dirija al segundo cilindro. La presión en el primer cilindro cae a medida que el oxígeno enriquecido se mueve hacia el depósito, lo que permite que el nitrógeno se desorbe de nuevo en gas. A mitad de la segunda mitad del ciclo, hay otro cambio de posición de la válvula para ventilar el gas en el primer cilindro de regreso a la atmósfera ambiental, evitando que la concentración de oxígeno en el depósito de compensación de presión caiga por debajo de aproximadamente el 90%.La presión en la manguera que suministra oxígeno desde el depósito de compensación se mantiene estable mediante una válvula reductora de presión.
Las unidades más antiguas se ciclaron durante un período de aproximadamente 20 segundos y suministraron hasta 5 litros por minuto de 90 +% de oxígeno. Desde aproximadamente 1999, se encuentran disponibles unidades capaces de suministrar hasta 10 lpm.
Los concentradores de oxígeno clásicos utilizan tamices moleculares de dos lechos; los concentradores más nuevos utilizan tamices moleculares de lecho múltiple. La ventaja de la tecnología de lecho múltiple es la mayor disponibilidad y redundancia, ya que los tamices moleculares de 10 lpm están escalonados y multiplicados en varias plataformas. Con esto, se pueden producir más de 960 lpm. El tiempo de aceleración (el tiempo transcurrido hasta que un concentrador de lechos múltiples produce oxígeno a una concentración> 90%) suele ser inferior a 2 minutos, mucho más rápido que los concentradores de dos lechos simples. Esta es una gran ventaja en emergencias móviles. La opción, para llenar cilindros de oxígeno estándar (por ejemplo, 50 l. A 200 bar = 10,000 l. Cada uno) con amplificadores de alta presión, para garantizar la conmutación por error automática a los cilindros de reserva previamente llenados y para asegurar la cadena de suministro de oxígeno, por ejemplo, en caso de corte de energía , se da con esos sistemas.
Separación de membranas [ editar ]
En la separación de gases por membrana , las membranas actúan como una barrera permeable a través de la cual los diferentes compuestos se mueven a diferentes velocidades o no cruzan en absoluto.
Aplicaciones [ editar ]
Los concentradores de oxígeno médico se utilizan en hospitales o en el hogar para concentrar oxígeno para los pacientes. Los generadores de PSA proporcionan una fuente de oxígeno rentable . Son una alternativa más segura, [3] menos costosa, [4] y más conveniente que los tanques de oxígeno criogénico o los cilindros presurizados. Se pueden utilizar en diversas industrias, incluida la producción médica, farmacéutica, el tratamiento de agua y la fabricación de vidrio.
Los generadores de PSA son particularmente útiles en partes remotas o inaccesibles del mundo o en instalaciones médicas móviles ( hospitales militares , instalaciones para desastres). [5] [6]
Concentradores de oxígeno portátiles [ editar ]
Desde principios de la década de 2000, muchas empresas han producido concentradores de oxígeno portátiles. [7] Por lo general, estos dispositivos producen el equivalente de uno a cinco litros por minuto de flujo continuo de oxígeno y utilizan alguna versión de flujo de pulso o "flujo de demanda" para suministrar oxígeno solo cuando el paciente está inhalando. También pueden proporcionar pulsos de oxígeno para proporcionar flujos intermitentes más altos o para reducir el consumo de energía.
La investigación sobre la concentración de oxígeno está en curso y las técnicas modernas sugieren que la cantidad de adsorbente requerida por un concentrador de oxígeno médico puede potencialmente "reducirse en un factor de tres mientras ofrece una recuperación de oxígeno entre un 10% y un 20% más alta en comparación con una unidad comercial típica". [8]
Estos concentradores portátiles generalmente se conectan a una toma de corriente y pueden tener una batería interna o un paquete de baterías externo para funcionar fuera de casa y durante cortes de energía. Los concentradores de oxígeno portátiles generalmente se pueden conectar a la salida de CC de un vehículo, y la mayoría de estos dispositivos son adecuados para uso ambulatorio.
La FAA ha aprobado el uso de concentradores de oxígeno portátiles en aerolíneas comerciales. [9] Sin embargo, los usuarios de estos dispositivos deben verificar de antemano si una marca o modelo en particular está permitido en una aerolínea en particular. [10] A diferencia de las aerolíneas comerciales, los usuarios de aeronaves sin presurización de la cabina necesitan concentradores de oxígeno que sean capaces de entregar suficiente caudal incluso a grandes altitudes.
Por lo general, los pacientes no utilizan concentradores de oxígeno de "demanda" o de flujo de pulso mientras duermen. Ha habido problemas con los concentradores de oxígeno que no pueden detectar cuando el paciente dormido está inhalando. Algunos concentradores de oxígeno portátiles más grandes están diseñados para funcionar en un modo de flujo continuo además del modo de flujo por pulsos. El modo de flujo continuo se considera seguro para uso nocturno cuando se combina con una máquina CPAP .
Los modelos comunes se venden al por menor en alrededor de $ 600. [ cita requerida ] Los arreglos de arrendamiento pueden estar disponibles a través de varias compañías de suministros médicos y / o agencias de seguros.
Aplicaciones alternativas [ editar ]
Se pueden fabricar concentradores de oxígeno médico reutilizados o concentradores de oxígeno industriales especializados para operar pequeñas antorchas de oxiacetileno u otro gas combustible para cortar, soldar y trabajar con lámparas. [11]
Seguridad [ editar ]
Tanto en situaciones clínicas como de atención de emergencia, los concentradores de oxígeno tienen la ventaja de no ser tan peligrosos como los cilindros de oxígeno , que pueden, si se rompen o tienen fugas, aumentar considerablemente la velocidad de combustión del fuego. Como tales, los concentradores de oxígeno son particularmente ventajosos en situaciones militares o de desastre , donde los tanques de oxígeno pueden ser peligrosos o inviables.
Los concentradores de oxígeno se consideran lo suficientemente infalibles como para ser suministrados a pacientes individuales como un artículo de prescripción para su uso en sus hogares. Por lo general, se utilizan como complemento del tratamiento con CPAP de la apnea del sueño grave . También existen otros usos médicos para los concentradores de oxígeno, incluida la EPOC y otras enfermedades respiratorias.
Las personas que dependen de concentradores de oxígeno para la atención domiciliaria pueden tener emergencias potencialmente mortales si la electricidad falla durante un desastre natural . [12]
Concentradores de oxígeno industriales [ editar ]
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Los procesos industriales pueden utilizar presiones y flujos mucho más altos que las unidades médicas. Para satisfacer esa necesidad, Air Products ha desarrollado otro proceso, llamado adsorción por oscilación al vacío (VSA) . Este proceso utiliza un solo soplador de baja presión y una válvula que invierte el flujo a través del soplador para que la fase de regeneración ocurra bajo vacío. Los generadores que utilizan este proceso se están comercializando para la industria de la acuicultura . Los concentradores de oxígeno industriales a menudo están disponibles en una gama mucho más amplia de capacidades que los concentradores médicos.
Los concentradores de oxígeno industriales a veces se denominan generadores de oxígeno dentro de las industrias del oxígeno y del ozono para distinguirlos de los concentradores de oxígeno médico . La distinción se utiliza en un intento de aclarar que los concentradores de oxígeno industriales no son dispositivos médicos aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y no son adecuados para su uso como concentradores médicos de cabecera. Sin embargo, la aplicación de la nomenclatura del generador de oxígeno puede generar confusión. El término generador de oxígeno es un nombre inapropiado en el sentido de que el oxígeno no se genera como se genera con un generador de oxígeno químico , sino que se concentra a partir del aire.
Los concentradores de oxígeno no médicos se pueden usar como gas de alimentación para un sistema de oxígeno médico, como el sistema de oxígeno en un hospital, aunque se requiere la aprobación gubernamental, como la de la FDA, y generalmente se requiere un filtrado adicional.
Ver también [ editar ]
- Membrana de separación de nitrógeno
- Terapia de oxígeno : uso de oxígeno como tratamiento médico
- Concentrador de oxígeno portátil : dispositivo que se utiliza para proporcionar terapia de oxígeno.
- Separación de gases por membrana : tecnología para separar gases específicos de mezclas
- Ejemplo de concentradores de oxígeno de tamiz multimolecular móviles y estacionarios
Notas [ editar ]
- ^ ¿Qué es un concentrador de oxígeno? ¿Como funciona? . medequip.co.in Consultado el 5 de enero de 2018.
- ^ Ruthven, Douglas M .; Shamsuzzman Farooq, Kent S. Knaebel (1993). Adsorción por cambio de presión . Wiley-VCH. pag. 6.304. ISBN 978-0-471-18818-6.
- ^ Duke, T .; Wandi, F .; Jonathan, M .; Matai, S .; Kaupa, M .; Saavu, M .; Subhi, R .; Peel, D. (2008). "Sistemas de oxígeno mejorados para la neumonía infantil: un estudio de eficacia de varios hospitales en Papua Nueva Guinea". The Lancet . 372 (9646): 1328-1333. doi : 10.1016 / S0140-6736 (08) 61164-2 . PMID 18708248 . S2CID 38396918 .
- ^ Friesen, RM; Raber, MB; Reimer, DH (1999). "Concentradores de oxígeno: una fuente primaria de suministro de oxígeno" . Revista Canadiense de Anestesia . 46 (12): 1185-1190. doi : 10.1007 / BF03015531 . PMID 10608216 .
- ^ "Investigación de CO2CRC - almacenamiento de CO2" . Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2013.
- ^ Shrestha, BM; Singh, BB; Gautam, diputado; Chand, MB (2002). "El concentrador de oxígeno es una alternativa adecuada a los cilindros de oxígeno en Nepal" . Revista Canadiense de Anestesia . 49 (1): 8-12. doi : 10.1007 / BF03020412 . PMID 11782322 .
- ^ "El auge de los fabricantes de concentradores portátiles" . Clasificaciones del concentrador de oxígeno . Consultado el 12 de octubre de 2013 .
- ^ Rama Rao, V .; Kothare, MV; Sircar, S. (2014). "Diseño y rendimiento novedosos de un concentrador de oxígeno médico que utiliza un concepto de adsorción por cambio rápido de presión". Revista AIChE . 60 (9): 3330–3335. doi : 10.1002 / aic.14518 .
- ^ "Concentradores de oxígeno portátiles aprobados por la FAA" . FAA . Consultado el 9 de marzo de 2012 .
- ^ "Lista de aerolíneas que permiten máquinas portátiles de oxígeno" . Oxígeno Inogen. Archivado desde el original el 14 de julio de 2014 . Consultado el 26 de marzo de 2014 .
- ^ "Testimonios" . Archivado desde el original el 7 de julio de 2007 . Consultado el 18 de septiembre de 2013 .
- ↑ Huff, Charlotte (12 de mayo de 2021). "La gente en peligro el minuto que se apaga la luz" . Revista Slate . Consultado el 18 de mayo de 2021 .
Enlaces externos [ editar ]
