Termodinámica de la mezcla estática: aplicaciones médicas y medio ambientales
- Autores: Fernando Fernández Rodríguez
- Directores de la Tesis: Javier de Toro Santos (dir. tes.), J. Arturo Santaballa (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidade da Coruña ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Número de páginas: 170
- Tribunal Calificador de la Tesis: Julián Álvarez Escudero (presid.), César Bonome González (secret.), Julio Manuel Gómez Tamayo (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUC
- Resumen
- español
Antecedentes: Desde la década de los ochenta se ha intentado desarrollar dispositivos de infusión intravenosa para la administración óptima de fármacos y poder controlar la concentración en sangre o en el órgano diana.
Para lograrlo se han explorado tres posibles caminos: las bombas de infusión asistidas por ordenador, o Target Controlled lnfusion (TCI); procedimientos manuales, o Manually Controlled lnfusion (MCI), que emulan lo que hacen las bombas, y el control de la infusión mediante sistemas físicos de mezcla estática, o Physically Controlled lnfusion (PhCI), siendo esta última alternativa un método no empleado por estar poco estudiado.
Actualmente podemos considerar aclarados los mecanismos de mezcla, pero no la influencia, sobre estos mezcladores, de la cámara de aire dentro del contenedor tal y como hasta ahora se han utilizado.
Objetivo: El fin general es el estudio de la influencia de las variables termodinámicas en el comportamiento de los dispositivos de mezcla estática cuando estos contienen dos fases: líquida y gaseosa.
Material y métodos: Se diseñaron y realizaron experimentos de gravimetría continua, a densidad constante, para cuantificar los cambios de peso y volumen provocados en los mezcladores por las variaciones en las presiones estática y dinámica del sistema de infusión. Terminada esta fase experimental se desarrollaron procedimientos de calibrado del mezclador, entendido como un picnómetro, para poder trabajar con exclusión absoluta de la fase gaseosa, y poder evaluar las variaciones de la densidad en el transcurso de la mezcla.
Resultados: Para las diversas modificaciones de la presión, sin variación de la densidad, se obtuvieron curvas de peso con comportamiento cinético de orden uno. En los experimentos de picnometría se midieron las variaciones de la densidad con el tiempo, resultando también un comportamiento cinético de orden uno, pero no acorde al modelo teórico planteado.
Discusión: Termodinámicamente se ha clasificado el sistema como isotérmico, con la fase gaseosa con comportamiento de gas ideal. Se comprobó la existencia de influencias por la existencia de la fase gaseosa, y se evaluaron sus implicaciones físicas y clínicas, planteando las condiciones necesarias para el diseño y desarrollo de dispositivos para la administración intravenosa de fármacos con control físico de la infusión.
Un hecho que queda evidenciado es que la hipótesis, asumida desde el principio y por todos los investigadores, de que estos sistemas trabajan en estado estacionario queda claramente en entredicho al no ser concordantes las exponenciales de peso y volumen que se obtienen en los experimentos picnométricos. Se ha de ahondar con nuevos experimentos en lo que claramente se evidencia; estos dispositivos trabajan en estado pseudo-estacionario, y no es la concentración la única variable que se modifica, sino que también varía la densidad.
Conclusiones: Se ha demostrado la influencia que tiene en la cinética de mezcla la existencia de la fase gaseosa y la necesidad de excluirla. Estos dispositivos trabajan en estado pseudoestacionario, y se ha de estudiar en profundidad la disociación del comportamiento de la concentración y de la densidad, así como su proceder cuando la mezcla es de varios solutos y la disolución multicomponente.
- English
lntroduction: Since the 80's, the control of the infusion mechanisms has been a main goal in arder to fulfill different necessities, e.g. control of the plasmatic levels or the concentration at the target organ.
To this end, three possibilities have been explored, namely: computer assisted infusion bombs - Target Controlled lnfusion (TCI)-, manual protocols -Manually Controlled lnfusion (MCI)-, which emulate what infusion bombs do, and control of the infusion through static mixing -Physically Controlled lnfusion (PhCI)-, the later not used due to the lack of information on it.
At present we can consider the mixing mechanisms to be understood, but not so the influence, on these mixers, of the air chamber inside of the container in the way it has been used so far.
Objective: The general goal is the study of the influence of the thermodynamic variables on the behavior of static mixture mixing devices containing two phases: liquid and gas.
Material and methods: Experiments with continuous gravimetry, dynamic pycnometry, have been designad and conducted to quantify the weight and volume changes caused by the variation of both the static and dynamic pressure of the infusion system. After this experimental phase, we developed calibration procedures for the mixer, understood as a pycnometer, in arder to work without the gas phase and to be able to evaluate the density variations during the mixing process.
Results: For the different variations on the pressure, we have obtained, without variation of the density; weight curves with kinetic behavior of arder one. In the pycnometric experiments we measured the variations of the density with time, resulting in a kinetic behavior of arder one as well, but not in accordance with the stablished theoretical model.
Discussion: Thermodynamically, this system has been classified as isothermal, with a gaseous phase behaving as an ideal gas. We checked the existence of influences because of the existence of the gaseous phase and evaluated their physical and clinic implications, stating the necessary conditions for the design and development of devices for the intravenous administration of drugs with physical control of the infusion.
One of the facts proven is that the hypothesis (that is, that this kind of systems work in a stationary state), assumed from the beginning and by the scientific community, is clearly flawed, since the weight and volume exponentials do not agree in the pycnometric experiments. Hence, the necessity of understanding better this fact with new experiments; these devices work in pseudostationary state and the concentration is not the only variable that is modified, but also the density.
Conclusions: We have proven the influence of the kinematics of the mixture in the existence of a gaseous phase and the necessity of excluding it. These devices work in a pseudostationary state, so we have to study the behavior of the concentration and the density, as well as their behavior when the mixture contains several salutes and the solution is multicomponent.
- galego
Antecedentes: Dende a década dos oitenta inténtanse desenvolver dispositivos de infusión intravenosa co fin de administrar de forma óptima fármacos e así poder controlar a súa concentración no sangue o u no órgano diana.
Para alcanzar este obxectivo, estanse a explorar tres posibles camiños: as bombas de infusión asistidas por ordenador, ou Target Controlled lnfusion (TCI);
os procedementos manuais, ou Manually Controlled lnfusion (MCI), que emulan o que fan as bombas, e o control da infusión mediante sistemas físicos de mestura estática, ou Physically Controlled lnfusion (PhCI), sendo esta última alternativa un método pouco empregado por estar pouco estudado.
Actualmente podemos considerar aclarados os mecanismos de mestura, pero non a influencia, sobre estes mesturadores, da cámara de aire dentro do recipiente tal e como tense empregado até o de agora.
Obxectivo: O fin xeral é o estudo da influencia das variables termodinámicas no comportamento dos dispositivos de mestura estática cando estes conteñen dúas fases: líquida e gasosa.
Material e métodos: Deseñáronse e leváronse a cabo experimentos de gravimetría continua, a densidade constante, para cuantificar os cambios de peso e volume provocados nos mesturadores polas variacións nas presións estática e dinámica do sistema de infusión. Rematada esta fase experimental, desenvolvéronse procedementos de calibración do mesturador, entendido coma un picnómetro, para poder traballar con exclusión absoluta da fase gasosa e avaliar as variacións da densidade no transcurso da mestura.
Resultados: Para as diversas modificacións da presión, sen variación da densidade, obtivéronse curvas de peso con comportamento cinético de arde un.
Nos experimentos de picnometría medíronse as variacións da densidade no tempo, resultando tamén un comportamento cinético de arde 1, pero non acorde co modelo teórico establecido.
Discusión: Termodinámicamente, o sistema clasificouse como isotérmico, coa fase gasosa con comportamento de gas ideal. Comprobouse a presenza de influencias pala existencia da fase gasosa, e avaliáronse as súas implicacións físicas e clínicas, establecendo as condicións necesarias para o deseño e desenvolvemento de dispositivos para a administración intravenosa de fármacos con control físico da infusión.
Un feíto evidenciado é que a hipótese, asumida dende o comezo e por todos os investigadores, de que estes sistemas traballan en estado estacionario queda claramente en evidencia ao non concordar as exponenciais de peso e volume obtidas nos experimentos picnométricos. Tense, polo tanto, que afondar con novos experimentos no que claramente estase a evidenciar: estes dispositivos traballan en estado pseudo-estacionario e a concentración non é a única variable que resulta modificada, senón tamén a densidade.
Conclusións: Demostrouse a influencia que ten na cinética de mestura a exixencia da fase gasosa e a necesidade de excluíla. Estes dispositivos traballan en estado pseudoestacionario e tense que estudar en profundidade a disociación do comportamento da concentración e da densidade, así coma o seu proceder cando a mestura é de varios solutos e a disolución multicompoñente.
- español
