Engenheiros Open-Source Projetam Ventiladores de Baixo Custo para Reforçar Resposta à COVID-19

Ventiladores mantêm oxigênio nos pulmões e expelem dióxido de carbono, sendo indispensáveis para casos graves de COVID-19. O vírus danilia cílios pulmonares, causando acúmulo de muco e infecções secundárias que dificultam a absorção de oxigênio. Com hospitais mundialmente lutando contra escassez de ventiladores, um aumento global na fabricação — máscaras, respiradores, swabs, medicamentos e ventiladores — foi lançado. Ventiladores permitem a respiração; o desafio central da COVID-19 é o bloqueio pulmonar.

Em resposta, uma comunidade de engenheiros, clínicos e pesquisadores lançou uma iniciativa colaborativa open-source para projetar e produzir ventiladores. Usando impressão 3D e outras técnicas de manufatura rápida, o projeto cria peças de reposição e equipamentos sob demanda.

Figura 1: Um ventilador profissional (Imagem: Hamilton Medical)

Como os ventiladores funcionam?

Essas máquinas fornecem oxigênio e removem dióxido de carbono bombeando ar através de um tubo inserido na boca ou nariz do paciente. Ventiladores modernos são controlados eletronicamente por computadores embarcados e são classificados como sistemas de suporte à vida, exigindo os mais altos padrões de confiabilidade.

Os projetos

Vários projetos de ventiladores de baixo custo — muitos hospedados no GitHub — preenchem lacunas quando os suprimentos hospitalares são insuficientes. Embora possam suportar crises pulmonares agudas, eles afetam diretamente condições médicas, então supervisão médica profissional é obrigatória. Uso inadequado, especialmente em altas pressões, carrega riscos significativos.

Dispositivo ventilador open-source de baixo custo (PAPR)

Este projeto no GitHub (Figura 2) oferece um ventilador modesto e acessível que pode salvar vidas se usado corretamente. Ele entrega taxa respiratória programável de 10–16 respirações por minuto e pode atingir pressões de pico de via aérea até 45 cmH₂O; porém, pressões acima de 20 cmH₂O são perigosas. O dispositivo usa ar ambiente (21% O₂); concentrações de oxigênio mais altas requerem equipamento médico dedicado. O projeto permanece aberto a melhorias e o criador busca parcerias para produção em massa. A disponibilidade de componentes pode ser limitada, e o design é intencionalmente minimalista. Iterações futuras poderiam incorporar mitigação de propagação viral. O dispositivo opera apenas em ambientes já infectados, onde contenção de gotículas é essencial. O controle é gerenciado via Arduino; salvaguardas contra queda de energia devem ser integradas.

Figura 2: Um projeto de ventilador (Imagem: GitHub)

O Ventilador Pandêmico

Disponível no Instructables, este ventilador DIY usa componentes facilmente disponíveis (Figura 3). Destina-se como solução de suporte à vida de emergência. Com hospitais incapazes de adquirir ventiladores suficientes, a demanda provavelmente excederá a oferta. O design é direto, mas incorpora controle eletrônico moderno. Emprega madeira, fita, sacos plásticos, tubos rosqueados, válvulas solenoides, interruptores magnéticos e um CLP. O projeto é continuamente refinado em hardware e software. Declara claramente que o protótipo é experimental e não passou por testes de segurança; apenas clínicos certificados devem usá-lo. O dispositivo consiste em uma unidade de fole de madeira, válvulas, tubos, um CLP, fios, interruptores e uma fonte de alimentação, todos montados em uma placa de compensado de 18 × 21 × 0,5 polegadas. Válvulas solenoides de ação direta e conexões rosqueadas com fita Teflon são necessárias. O fole é construído a partir de um grande saco de freezer, reforçado com compensado e dobradiças (ver Figura 4). O CLP usado é um Direct Logic 06 DO-06DR da Automation Direct — uma unidade de baixo custo e flexível com software de programação gratuito. Outros CLPs podem ser substituídos. Uma fonte de 24 V e um interruptor liga/desliga iniciam o sistema. O programa ladder-logic opera da seguinte forma:

• Abrir Válvula 1 e fechar Válvula 2 até o fole encher (interruptor magnético superior fecha).
• Fechar Válvula 1, abrir Válvula 2, e fechar Válvula 3 para exalar ar para o paciente.
• Quando o interruptor magnético inferior fecha, fechar Válvula 2 e reabrir Válvula 1 para reencher o fole.
• Um temporizador permite que os pulmões do paciente esvaziem com a Válvula 3 aberta; após o temporizador expirar, a Válvula 2 abre e a Válvula 3 fecha para iniciar o próximo ciclo.

Aqui está o diagrama de fiação:

• Entradas
  • X0 interruptor magnético superior do fole
  • X1 interruptor magnético inferior do fole
  • X2 interruptor liga/desliga
  • C0 24 V
  • Todos os retornos ao ground
• Saídas
  • Y0 não usado
  • Y1 válvula de inalação (V2)
  • Y2 válvula de exalação (V3)
  • Y3 válvula de enchimento do fole (V1)
  • C0 linha 120 VAC
  • Todos os retornos ao neutro da linha

Figura 4: Alguns detalhes da construção do Ventilador Pandêmico (Imagem: TEMPO.CO)

>> Continue lendo sobre esforços adicionais de design de ventiladores descritos no artigo completo originalmente publicado em nosso site irmão, EEWeb.