Estimativa da resistência de um pneumotacógrafo tipo Mesh Screen através da análise da geometria do elemento resistivo

Abstract

O estudo das funções e dos fluxos pulmonares é base para o diagnóstico de inúmeras doenças relacionadas ao pulmão. A avaliação das principais funções pulmonares é realizada principalmente pelo exame de espirometria. Associados aos espirômetros, têm-se os pneumotacógrafos, responsáveis pelas medições de fluxos respiratórios. São aparelhos que possuem um elemento resistivo, responsável por gerar uma queda de pressão no ar que flui através dele. Os transdutores diferenciais de pressão são responsáveis por ler os valores da queda de pressão, o que permite estimar os dados de fluxos, com base na resistência. O processo de calibração garante a confiabilidade dos valores lidos e neste trabalho foi utilizada uma técnica simples, adotando como referência uma coluna de líquido em formato de U para calibração do transdutor. Além disso, como há uma relação linear entre a diferença de pressão, o fluxo e o elemento resistivo estabelecida pela Lei de Poiseuille, é interessante caracterizar o elemento resistivo dos pneumotacógrafos. Para estimativa do valor de resistência, foram feitas análises em relação a geometria do elemento, obtendo-se as características dos furos da tela metálica do Mesh Screen. Para validação do valor de resistência obtido, foi utilizada a técnica de integração trapezoidal, que permite relacionar fluxo e volume. Os valores calculados foram comparados com o volume de uma seringa e com os fluxos fornecidos por um gerador de pressão contínua de ar (CPAP). Com isso, verificou-se a linearidade do transdutor para uma faixa estabelecida de valores de pressão. Assim, foi constatado que através da caracterização da geometria do elemento resistivo é possível obter os valores de resistência e futuras análises serão necessárias para obtenção de melhores estimativas. Neste trabalho, visou-se obter uma equação de conversão para o transdutor diferencial de pressão e caracterizar o elemento resistivo de um pneumotacógrafo do tipo Mesh Screen para possíveis aplicações biomédicas

The study of lung functions and airflow is the basis for diagnosing numerous lung-related diseases. The evaluation of key lung functions is primarily done through spirometry tests. Associated with spirometers are pneumotachographs, which are responsible for measuring respiratory flows. These devices have a resistive element that generates a pressure drop in the airflow passing through it. Differential pressure transducers read the values of the pressure drop, allowing for the estimation of flow data based on resistance. The calibration process ensures the reliability of the readings, and in this study, a simple technique was used, employing a U-shaped liquid column as a reference for transducer calibration. Additionally, since there is a linear relationship between pressure difference, flow, and the resistive element established by Poiseuille's Law, it is interesting to characterize the resistive element of pneumotachographs. To estimate the resistance value, analyses were conducted regarding the geometry of the element, obtaining characteristics of the holes in the Mesh Screen's metal mesh. To validate the obtained resistance value, the trapezoidal integration technique was employed, which relates flow and volume. The calculated values were compared with the volume of a syringe and the flows provided by a continuous positive airway pressure (CPAP) generator. This confirmed the linearity of the transducer within a defined range of pressure values. Thus, it was found that by characterizing the geometry of the resistive element, resistance values can be obtained, and further analyses will be necessary to improve the estimates. The objective of this study was to obtain a conversion equation for the differential pressure transducer and characterize the resistive element of a Mesh Screen pneumotachograph for potential biomedical applications.