Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Zrób swój własny koncentrator tlenu oparty na Arduino

W świecie silnie dotkniętym pandemią nastąpił ogromny wzrost liczby przypadków zakażenia wirusem Covid. Przy ograniczonych zasobach walka z wirusem Covid 19 jest nieoczekiwanym wyzwaniem dla całego świata. W niektórych krajach zorganizowanie butli z tlenem dla bliskich jest trudnym zadaniem. Pandemia przemija, ale licho nie śpi i przyda się w domu własny koncentrator tlenu. Z pomocą łatwo dostępnych materiałów można wykonać koncentrator tlenu o wystarczającej pojemności, który może pomóc każdemu pacjentowi potrzebującemu tlenu.
Article Image

Układ i działanie

Koncentrator tlenu składa się z kilku części elektronicznych, mechanicznych i chemicznych. Są to Arduino Uno, układ zasilania 12 V DC, obwód przekaźnika sterującego, zawory elektromagnetyczne, sprężarka powietrza, jednostka filtrująca powietrze, zawór sterujący przepływem, obudowa membranowa jako kanistry, złącza PU i sita zeolitowe.

Arduino Uno. Płytka Arduino Uno jest podłączona do przekaźników sterujących. Arduino jest wstępnie zaprogramowany z opóźnieniami. Ma zadanie włączać i wyłączać przekaźniki sterujące zgodnie z zaprogramowanymi wartościami.
Zasilanie 12 V. Zasilacz ten służy do zasilania Arduino UNO oraz przekaźników sterujących. Składa się z transformatora step down 15 V/2 A, gdzie napięcie pierwotne wynosi 230 V AC, a napięcie wtórne 15 V AC, prostownika diodowego z pełnym mostkiem, wykonanego z 4 diod 1N4007, dwóch kondensatorów o wartości 1000 µF/25 V i 1 µF, stabilizatora napięcia 12 V (7812) IC, rezystora 4,7 kΩ, 1 diody LED jako wskaźnika. Transformator step-down zmniejsza napięcie wejściowe AC 230 V do AC 15 V. Prąd zmienny jest zamieniany na prąd stały za pomocą prostownika diodowego z pełnym mostkiem, który jest dalej filtrowany za pomocą kondensatora a za pomocą układu scalonego 7812 napięcie jest stabilizowane do 12 V DC.

Przekaźnik. Przekaźnik jest elektromagnetycznym elementem przełączającym, który zapewnia całkowitą izolację elektryczną pomiędzy obwodem sterującym a obwodem wyjściowym. Jest on sterowany/wyzwalany przez niskie napięcie stałe, podczas gdy przez jego styki może płynąć duży prąd z całkowitą izolacją elektryczną od delikatnego obwodu elektronicznego sterowania. Przekaźnik SPST/SPDT 12 V DC jest używany do włączania i wyłączania zaworów elektromagnetycznych za pomocą impulsu elektrycznego.

Zeolitowe sita molekularne. Są to materiały z porami o precyzyjnej i jednolitej wielkości i strukturze, które mogą być wykorzystane jako adsorbent. Są one wykorzystywane do oddzielenia azotu i tlenu z powietrza atmosferycznego, zatrzymując duże cząsteczki, które są większe w rozmiarze niż pory.

Sprężarka powietrza. To urządzenie jest wyposażone w silnik elektryczny wraz z mechanizmem sprężarki, który będzie zasysać powietrze atmosferyczne i wykonywać kompresję objętości.

Jednostka filtrująca. Służy do filtrowania zanieczyszczeń ze sprężonego powietrza, a także do oddzielania wilgoci ze sprężonego powietrza, która zbiera się w dołączonej do niego misce. Woda zebrana w misce musi być odprowadzana ręcznie.

Zawór elektromagnetyczny. Są to urządzenia elektromechaniczne, które służą do sterowania przepływem powietrza za pomocą sygnałów elektrycznych. Użyliśmy 2/2 pneumatycznych zaworów sterujących, co oznacza, że mają one 2 porty do połączeń z 2 możliwymi pozycjami. Są one więc obciążone sprężyną. Użyliśmy normalnie zamkniętych zaworów.

Adsorpcja zmiennociśnieniowa (PSA). Technika ta jest używana do oddzielania określonych gazów z mieszaniny gazów pod ciśnieniem. Sita molekularne są używane w zależności od wymagań. Do produkcji koncentratora tlenu używa się 13 X zeolitowych sit molekularnych. Dla większego stężenia tlenu można zastosować litowe, wzbogacone zeolitowe sita molekularne.

W tej technice istnieje zestaw minimum 2 kanistrów lub wież wypełnionych sitami. Sprężone powietrze jest dostarczane tylko do jednego kanistra w danym czasie, a drugi kanister jest opróżniany z pewnej ilości tlenu, który jest wyprowadzany z pierwszego kanistra. Dzieje się tak dlatego, że w kanistrze wzrasta stężenie azotu, co może mieć wpływ na czystość i stężenie tlenu wyjściowego. Kierunek przepływu powietrza sterowany jest za pomocą zaworów elektromagnetycznych, które podają sygnał zgodnie z zaprogramowanymi wartościami.

Sita te mają określoną pojemność adsorpcyjną. Aby uzyskać określone natężenie przepływu musimy obliczyć wymaganą ilość sita. Można to obliczyć w prosty sposób. W tym celu należy zapoznać się z arkuszem danych dostawcy sit, aby wiedzieć ile sit jest wymaganych do wytworzenia 1 LPM tlenu przy określonym stężeniu granicznym.

Przykład: 700 gramów sita jest wymagane dla 1 LPM tlenu o stężeniu 94%.

Tak więc dla koncentratora tlenu o przepływie 5 LPM, potrzebujemy 700×5=3500 g w jednym kanistrze.

Tak więc dla 2 kanistrów potrzeba 3500×2=7000 gramów sita.

Przy czym każdy kanister będzie miał 3500 g sita (biorąc pod uwagę, że używane są 2 kanistry).

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie
Kup teraz
Tematyka materiału: Arduino Uno, pneumatyczny zawór sterujący, bezolejowa sprężarka powietrza, covid-19, koncentrator tlenu
Źródło
Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2022
Udostępnij
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"