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ENERGÍA GEOTÉRMICA ¿POR QUÉ SÍ O POR QUÉ NO?

El presente artículo me lo inspiró la necesidad de responder con fundamentos a cierta publicidad en facebook que exageraba un tanto las virtudes de la geotermia como energía renovable. Y es que de un tiempo a esta parte el hablar de energías "renovables", "económicas", "eficientes" y "grandes amigas del medio ambiente" es un asunto que ha levantado muchísimo polvo, y al mismo tiempo muchas visiones sesgadas e incluso alejadas de la realidad, y una de ellas es precisamente esta energía de marras.

¿Qué tan "renovable", "eficiente", "económica" y "amiga del medio ambiente" es en realidad la energía geotérmica?, pretendo pues, responder de la manera más objetiva y con base a estas delicadas cuestiones.

Observando los principios básicos de funcionamiento de una planta de energía de esta naturaleza, se puede concluir que en efecto se trata del aprovechamiento de una fuente energética "renovable" (sólo por no emplear combustibles fósiles), se trata del aprovechamiento del calor "gratuito" proveniente de las entrañas de nuestro amado planeta; el empleo de las aguas termales en términos más resumidos.

Planta Geotérmica Esquematizada

Los países que forman parte del llamado "anillo de fuego del Pacífico", poseen (además de la Espada de Damocles sísmica) la ventaja  de contar con las zonas de mejor aprovechamiento geotérmico del mundo.

Zonas de mejor aprovechamiento geotérmico (rojo)

Estados Unidos, Filipinas e Indonesia son los países que lideran este privilegiado grupo de naciones, al poseer más del 10% de capacidad instalada en plantas geotérmicas.

A diferencia de otras formas de energía primaria. la geotérmica goza del privilegio de la "estabilidad" al no depender de factores climáticos o de variaciones volumétricas. Este es quizás el caballito de batalla que emplean los defensores a ultranza de esta forma de energía.

Comparación de carga energética en el tiempo de producción de electricidad

Una planta geotérmica puede servir no solamente como "central eléctrica" sino como "multipropósito" al igual que las centrales térmicas convencionales, aunque solamente a nivel de la localidad en que se encuentra ubicada. Ello constituye una limitación importante en cuanto a aplicaciones.

Planta geotérmica multipropósito

¿Y todo es color de rosa para la producción de esta energía?, veamos ahora el reverso de la medalla.

Para empezar,  nada ni nadie garantiza que la presión máxima de vapor de agua en un determinado yacimiento geotérmico sea indefinidamente sostenible en el tiempo; estas plantas tienen una duración media de 25 a 30 años. Una sobredemanda energética agotará un yacimiento mucho antes de lo previsto (ya ocurrió en EEUU en los años 70 con The Geysers, en California). Es al fin y al cabo como un yacimiento minero, un pozo petrolífero o gasífero, todos ellos son de vida limitada. ¿Hablamos entonces de una energía 100% renovable y eficiente?.

Una planta geotérmica no está libre de emisiones tóxicas, sustancias altamente venenosas como es el caso de arsénico, amoniaco, ácido sulfhídrico, etc. que se obtienen del proceso de separación del vapor de agua para las turbinas o para procesos diversos (ver esquema) y pueden terminar depositados en fuentes de agua cercanas (ríos, lagunas, etc.).  También produce liberación de CO2, aunque en menor medida que una planta térmica convencional. Podemos concluir entonces que tampoco es muy amigable del medio ambiente que digamos.

Planta geotérmica de ciclo simple

¿Y qué decir de la economía?. Lamentablemente tampoco podemos decir que una planta geotérmica sea muy barata que digamos en costos de instalación y operación, más aún si se busca tener una planta "ecoamigable".  Tremendamente injusto sería que grandes empresas mineras e industriales (que sí podrían financiar el coste de las instalaciones) usen la energía geotérmica de una comunidad rural pobre en su exclusivo beneficio.

Costos de una instalación geotérmica

Pero entonces...¿es beneficiosa o no la energía geotérmica?, lo es si es aprovechada en forma racional y no de manera que contribuya al empobrecimiento y al deterioro medioambiental (que sí puede ocasionar) sino al desarrollo sostenible de las poblaciones en las localidades donde se ubiquen las fuentes de dicha forma energía (zonas volcánicas, de aguas termales, etc.).

CONCENTRADORES DE OXÍGENO - LA ALTERNATIVA ¿ECONÓMICA? A UNA NECESIDAD

 Hablar de la pandemia que sacude a la humanidad por casi ya un año, es sin duda hablar de la dantesca demanda de oxígeno por parte de pacientes críticos en las Unidades de Cuidados Intensivos en muchos hospitales del mundo. Una alternativa, poco conocida hasta el año pasado, ha sido el empleo de los ahora famosos "concentradores de oxígeno", tema del presente artículo. 

¿Qué son en realidad estos "concentradores"? son un tipo de dispositivo médico que se utiliza para suministrar oxígeno a personas con trastornos relacionados con la respiración (relacionado obviamente hoy en día con la enfermedad del Covid). Las personas cuya concentración de oxígeno en la sangre es más baja de lo normal a menudo requieren un concentrador de oxígeno para reemplazar ese oxígeno.

Los concentradores de oxígeno filtran el aire circundante, lo comprimen a la densidad requerida y luego suministran oxígeno purificado de grado médico a un sistema de suministro de dosis de pulso o sistema de flujo continuo al paciente.

 También está equipado con filtros especiales y lechos de tamices que ayudan a eliminar el nitrógeno del aire para garantizar el suministro de oxígeno completamente purificado al paciente. Estos dispositivos también vienen con una interfaz de usuario electrónica para que pueda ajustar los niveles de concentración de oxígeno y la configuración de suministro. Luego, se inhala el oxígeno a través de la cánula nasal o una máscara especial.

 Generalmente, mide la salida del concentrador de oxígeno en LPM (litros por minuto). Un médico determinará qué nivel de oxígeno necesita el paciente, que puede variar en reposo, durante el sueño y cuando hace ejercicio.

Un concentrador de oxígeno básicamente

"disocia" el aire en nitrógeno y oxígeno.

¿Cómo funciona un concentrador de oxígeno?

Podemos hacerlo análogo a un equipo de aire acondicionado de ventana: toma aire, lo cambia y lo entrega en una forma diferente. El concentrador de oxígeno toma aire y lo purifica para que lo utilicen las personas que necesitan oxígeno médico debido a los bajos niveles de oxígeno en la sangre.

Funciona por:

1. Comprimir aire ya que el mecanismo de enfriamiento evita que el concentrador se sobrecaliente
2. Tomando aire de su entorno
3. Usa una interfaz electrónica para ajustar la configuración de entrega
4. Elimina  nitrógeno del aire a través de lechos de tamices y un filtro
5. Entrega oxígeno purificado a través de una máscara o cánula nasal.

Los pacientes que requirieron oxigenoterapia en el pasado dependían principalmente de tanques de oxígeno presurizados. Aunque estos tanques son extremadamente efectivos, también son bastante ineficientes y los proveedores tienen que visitar a los pacientes con regularidad para reponer el suministro de oxígeno en su tanque. Ello, como bien sabido es, ha sido un enorme problema en los hospitales de muchos países del mundo durante los últimos meses.

Concentrador de Oxígeno portátil

El empleo de estos dispositivos ha sido una suerte de "pequeño alivio" tanto a nivel de hospitales como de los mismos pacientes. No obstante, la gran demanda ha dado lugar a su escasez en el mercado y la consecuente elevación de su precio a niveles prohibitivos, especialmente para los sectores de menor capacidad adquisitiva.

Urge de esta manera el perfeccionamiento a nivel de diseño básico de estos dispositivos, tanto a nivel de diseño básico, de componentes electrónicos y también de materiales empleados. 

ARTICULO ENERO

ARTICULO BLOG DICIEMBRE

PRODUCCIÓN DE OXÍGENO MEDICINAL (PARTE III)

PRODUCCIÓN DE OXÍGENO MEDICINAL (PARTE II)

PRODUCCIÓN DE OXÍGENO MEDICINAL - TÉCNICAS

Otra de las grandes necesidades durante la pandemia que hasta el momento acecha a la humanidad es la del "oxígeno medicinal". El presente artículo versará sobre las diferentes alternativas que se tienen para la producción de este gas, el cual puede ser obtenido (siempre con % de impurezas) a través del agua, del aire o de gases en general que posean oxígeno en su composición química.

Históricamente, la técnica más antigua (y también la más económica) conocida es la llamada ELECTRÓLISIS DEL AGUA que consiste en hacer pasar corriente eléctrica al líquido por medio de un ánodo y un cátodo metálico (ver esquema) y que producirá lo que se conoce como "disociación electrolítica" del agua en hidrógeno y oxígeno.

Obtención de hidrógeno y oxígeno por 

electrólisis (Fuente: Dpto. de Energía de EEEUU)

La otra técnica conocida es la del FRACCIONAMIENTO DEL AIRE  (también llamada DESTILACIÓN CRIOGÉNICA) que consiste en la compresión, enfriamiento y expansión de este gas y que conlleva a la separación del mismo en nitrógeno y oxígeno. Es hoy en día la técnica más empleada en la producción de oxígeno industrial.

Fraccionamiento del aire en nitrógeno y oxígeno

(Fuente: Dynamic Science)

Y luego tenemos una técnica análoga a la anterior, es la llamada ADSORCIÓN POR OSCILACIÓN DE PRESIÓN (PSA por sus siglas en inglés). la cual es una tecnología utilizada para separar algunas especies de gas de una mezcla de gases bajo presión de acuerdo con las características moleculares de la especie y la afinidad por un material adsorbente. Opera a temperaturas cercanas a la ambiente y difiere significativamente de las técnicas de destilación criogénica de separación de gases. Los materiales adsorbentes específicos (por ejemplo, zeolitas, carbón activado, tamices moleculares, etc.) se utilizan como trampa, adsorbiendo preferentemente las especies de gas objetivo a alta presión. Luego, el proceso cambia a baja presión para desorber el material adsorbido. 

Planta de oxígeno de adsorción por oscilación de presión (PSA)

(Fuente: GENERON) 

Esta es la técnica más empleada en los países desarrollados para la producción de oxígeno medicinal por los elevados márgenes de pureza (superior al 90%) que ofrecen. Sobre ella, sus características y sus diferentes variantes haremos énfasis en los artículos siguientes. 

VENTILADORES MECÁNICOS (CONCLUSIONES)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (PARTE IV)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (PARTE III)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (SEGUNDA PARTE)

Parámetros de ventilación mecánica 

Los parámetros clave de los ciclos de respiración soportados por VM incluyen: volumen corriente, presión de la vía aérea, presión inspiratoria máxima, presión de meseta, presión positiva al final de la espiración, fracción de oxígeno inspirado, frecuencia respiratoria e índice de inspiración a espiración. 

 Volumen corriente (Vt) : Físicamente, Vt es el volumen de aire que ingresa y sale de los pulmones en cada respiración. Vt es elegido por el médico, generalmente usando el peso corporal predicho, y para pacientes con SDRA, se recomienda Vt entre 4 y 8 ml / kg . Un volumen corriente más alto puede ayudar a eliminar el dióxido de carbono del pulmón en pacientes con hipercapnia o administrar oxígeno a pacientes con hipoxemia. Sin embargo, los volúmenes excesivos también pueden inflar demasiado y estirar el tejido pulmonar, causando lesiones. 

 Fracción de oxígeno inspirado (FiO2) FiO2 es la concentración de oxígeno entregada al paciente. Una FiO2 más alta permite un mejor intercambio de oxígeno de los pulmones a la sangre, aumentando la presión parcial de oxígeno en los alvéolos y, por lo tanto, la velocidad de difusión. El FiO2 superior al 21% (aire atmosférico) se usa a menudo para aumentar la oxigenación, evitando los riesgos asociados con la entrega de presiones y volúmenes corrientes más altos, o cuando los alvéolos colapsados no son reclutables. Sin embargo, las presiones parciales de O2 excesivas pueden causar toxicidad por oxígeno. 

Presión de la vía aérea (Paw) La Paw es la presión suministrada desde el ventilador al paciente durante la VM. Hay cuatro medidas distintas de Paw durante un ciclo de respiración MV típico: 

• Presión espiratoria final positiva (PEEP): PEEP es la presión elevada de la vía aérea al final de la espiración. PEEP es un entorno importante utilizado para mantener el reclutamiento pulmonar para permitir el intercambio de gases. También previene la apertura y el cierre cíclicos de unidades pulmonares colapsadas (atelectasia), lo que puede causar más daño. La titulación de PEEP es a menudo un tema de debate, con algunos que defienden niveles más altos y algunos niveles más bajos. Actualmente se configura con mayor frecuencia utilizando la tabla PEEP – FiO2. 

• Presión inspiratoria máxima (PIP): PIP es la presión máxima de la vía aérea durante la inspiración. La PIP se limita para evitar presiones excesivas que causen más lesiones. PIP puede estar limitado en los modos de control de presión donde se puede establecer el rango de presión. 

•  Presión de la meseta (Pplat): la presión de la meseta es la presión de la vía aérea medida durante el final de la pausa inspiratoria. En comparación con PIP, este nivel de presión es más bajo, ya que no está influenciado por las diferencias dinámicas de presión debido a la resistencia de las vías respiratorias. Este nivel de presión se usa como una representación de la presión en los alvéolos, y a menudo se usa como un umbral para los niveles de alta presión. Por lo general, la presión de la vía aérea se establece en un nivel de presión donde Pplat es inferior a 30–35 cmH2O para evitar el barotrauma.  

• Presión de conducción (ΔP): ΔP es la diferencia de presión añadida por encima de PEEP a Pplat. Recientes meta-análisis y post-hoc han sugerido que la presión de conducción puede ser más importante que otros parámetros de MV que determinan los resultados que las presiones de conducción más altas están asociadas con una mayor mortalidad. Crucialmente, estos resultados y, cualquier nueva guía, deben considerar ΔP con respecto a al menos uno de PEEP y Pplat.

Las cuatro medidas principales de la Paw no definen completamente un ciclo de respiración pero, como se describe en la figura  de abajo, sí miden los extremos de la inspiración (I) y la espiración (E). Junto con los componentes de tiempo, este conjunto de mediciones puede describir aproximadamente todo el ciclo de respiración con una redundancia mínima.

Un ciclo de respiración MV idealizado que destaca las mediciones de presión comunes, incluida la presión espiratoria final positiva (PEEP), la presión de conducción (ΔP), la presión inspiratoria máxima (PIP) y la presión de meseta (Pplat) y los dos componentes de tiempo, inspiración (I) y espiración ( E), que determinan la relación I: E. Estas medidas son las más comúnmente monitoreadas en la práctica y se emplean en el modelado y, además, como un conjunto pueden describir aproximadamente tanto la inspiración como la espiración.

Modos de ventilación 

Básicamente, la ventilación se puede dividir en varios grupos por el nivel de invasión, el modo utilizado y el objetivo. Por lo general, la VM se divide primero en invasiva o no invasiva, se determina si el paciente está entubado o no, y luego se subdivide en modos de control o apoyo, dependiendo de los esfuerzos de respiración y sedación del paciente, y finalmente, modos controlados por presión o volumen. La Figura de abajo describe tres niveles que se alinean aproximadamente con el proceso de toma de decisiones para definir completamente cada una de las tres dimensiones. El recuadro que representa el modo de control de ventilación no invasiva está sombreado para indicar que esta combinación de configuraciones rara vez se emplea. 

Un diagrama esquemático simple que describe cómo se especifica la VM seleccionando una opción de cada una de las tres clases. Por lo general, el tipo (invasivo frente a no invasivo) se selecciona primero, luego el modo (Con apoyo / espontáneo frente a control) y finalmente el objetivo (presión frente a volumen). Estas tres dimensiones dividen las posibles combinaciones en seis conjuntos comúnmente empleados (omitiendo la ventilación de control no invasiva)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (PRIMERA PARTE)

Nunca antes había sido tan alta la demanda mundial de este dispositivo como en los dos últimos meses, y por ende se hace necesario conocerlo tanto en sus principios básicos de funcionamiento, sus características de diseño fundamental y por último en las limitaciones técnico-económicas que presentan en la actualidad. El artículo de nuestro mes de aniversario (y el primero de una nueva secuencia) estará dedicado de esta forma a dicho dispositivo: el ventilador mecánico.

Primeramente, y tal como puede observarse, un ventilador mecánico o respirador artificial, no es un dispositivo sencillo sino un complejo equipo que tiene como objetivo capital el soporte clínico a la vida en riesgo.

Esquema generalizado de un ventilador mecánico (Fuente: Revista Breathe - Junio de 2017)

La parte "mecánica" corresponde al mezclador aire-oxígeno (Blender), el sistema de válvulas/turbinas reguladoras y el humidificador, pero tan importante como ella es la parte "automatizada" del equipo y que incluye tanto a los controles como los sensores. Todo ello puede observarse en la figura de arriba.

La fuente de presión (un compresor) proporciona la energía requerida. para superar la carga elástica y resistiva impuesta por el sistema respiratorio del paciente, y se utiliza para aliviar su trabajo de respiración. El presurizado el aire se mezcla con la cantidad adecuada de oxígeno por el mezclador, y entregado al paciente por válvulas rápidas que modulan la cantidad de gas que fluye hacia y desde el paciente. Gracias al progreso reciente en electrónica y en motores eléctricos, en lugar de usar válvulas, en algunos modernos ventiladores de respuesta rápida, se emplean turbinas de motor sin escobilla que actúan como una fuente variable de aire a presión, haciendo que el dispositivo sea independiente de centralizado distribución de aire comprimido médico pero aún proporcionando buen rendimiento.

Turbina de motor sin escobillas, moderno regulador de presión

en los ventiladores mecánicos.

El mezclador aire-oxígeno, es análogo al empleado en los equipos de oxicorte, como puede apreciarse, y existen diversos diseños a nivel comercial, pero los fabricantes de ventiladores poseen tienen sus propios diseños.

Mezclador aire-oxígeno para ventilación mecánica

El compresor de aire es por lo general del tipo "reciprocante", con potencias entre 1 y 1,5 HP,  salidas de presión entre 6 y 8 bar, capacidad volumétrica entre 15 y 30 litros. No obstante el nivel de ruido que se produzca debe ser menor o igual a los 45 decibelios.

Compresor reciprocante para uso en ventiladores mecánicos

Los gases inspirados se acondicionan en las vías respiratorias para que estén completamente saturados de agua a temperatura corporal cuando alcanzan los pulmones del paciente (37 ° C, 100% de humedad relativa, 44 mg / L de humedad absoluta, 47 mm Hg de presión de vapor de agua). Aquí cumple un rol fundamental el "humidificador" el cual opera a una presión aproximada de 5 bar. También hay diversidad de modelos a nivel comercial y generalmente vienen con un medidor de flujo del tipo "venturi".

Humidificador con medidor de flujo

Esta ha sido entonces una primera entrega en la cual se han expuesto las generalidades y principales características técnicas de un ventilador mecánico. El siguiente mes continuaremos exponiendo más detalles concernientes al diseño y operación de este dispositivo clínico tan requerido en las últimas semanas. Muchas gracias por ahora y estamos atentos a comentarios, consultas y sugerencias en nuestra página de facebook.

LA INNOVACIÓN TÉCNICA TAMBIÉN PRESENTA BATALLA AL CORONAVIRUS

Este mes ha sido de pánico para la humanidad entera debido al veloz crecimiento de la epidemia comenzada en China por este ya ultra famoso "coronavirus". Pero al mismo tiempo causa admiración el tremendo esfuerzo que se lleva a cabo en los países más avanzados para contrarrestar el avance, y no me refiero solamente a los trabajos para lograr vacunas y/o medicamentos, la tecnología mecánica también aporta lo suyo y merece el más elevado respeto.

Un ejemplo es el relativamente novedoso CoughSync ("máquina de toser", literalmente hablando) inventado en Israel hace 10 años por el Dr. Eliezer Be’eri para ayudar a personas discapacitadas con problemas de tos, pero estas últimas semanas dicho invento ha adquirido una nueva dimensión pues se trata nada más y nada menos que de ayudar a personas infectadas por el "coronavirus" que se encuentren en estado crítico.

¿Y en qué consiste este invento?.

Si alguien está conectado a un respirador mecánico, la forma estándar de eliminar las secreciones de sus vías respiratorias es que una enfermera desconecte al paciente del respirador y le ponga un catéter para succionar las secreciones. ¿Qué sucede cuando se tose? Se inspira profundamente y se expulsa rápidamente el aire, lo que elimina las secreciones porque el flujo de aire es muy rápido. El "CoughSync" se conecta al ventilador y trabaja en sincronía. El ventilador le da a la persona una inspiración, y el dispositivo de succión succiona el aire rápidamente como si el paciente tosiera, haciendo subir las secreciones sin desconectar el ventilador. Todo esto lo ha explicado el mismo Dr. Be’eri. Se ahorra un tiempo precioso al personal al eliminar las secreciones automáticamente en lugar de que una enfermera tenga que hacerlo manualmente, algo esencial en el caso de un brote masivo como el actual.

El CoughSync o "máquina de toser"

 

Con el tamaño de dos cajas de zapatos, este dispositivo se conecta a la tubería del ventilador y utiliza un software para determinar cuándo eliminar las secreciones. El CoughSync no requiere que el paciente haga nada.

"Identifica el punto exacto en que el ventilador acaba de terminar de soplar aire en el paciente y en ese momento la máquina de succión se enciende y aspira el aire en una súbita caducidad, que es realmente lo que hacemos cuando tosemos", dice Be'eri.

La máquina repite la limpieza tantas veces como sea necesario. Esto podría ser cada dos o tres horas o varias veces por hora. Genera flujo de aire desde lo profundo de los pulmones. Be'eri dice que es un manejo más seguro y más efectivo de las vías aéreas de un paciente en la etapa más crítica de la enfermedad.

Irónicamente, el fabricante de este dispositivo, la empresa Roughin Medical Systems, ensambla el CoughSync en China. Ahí también fue donde Be'eri hizo un ensayo clínico. Él dice que las pruebas mostraron que CoughSync era seguro y efectivo y evita la necesidad de succión del catéter por completo.