Peak flow meter/id
Halaman ini berisi karya mahasiswa University of Michigan - Dearborn, Tom Silka, Chris Marquette, Anthony Darkangelo, dan Ryan Kiblawi. Proyek desain akhir mereka untuk sesi Musim Semi 2007 di Lab Termal-Fluida ME 379 didasarkan pada alat pengukur aliran puncak berbiaya rendah eksperimental yang awalnya dirancang oleh Steve McCrosky .
Abstrak
Peak Flow Meter (PFM) dirancang untuk mencapai hasil ekspirasi yang konsisten untuk diagnosis dan penanganan asma. Prosedur kalibrasi digunakan untuk memodifikasi flow meter guna mencapai konsistensi. Untuk mencapai hal ini, karakteristik perilaku udara, fluida kerja, harus dipahami. Udara terbukti tidak dapat dimampatkan, dengan aliran laminar yang stabil pada sifat-sifat konstan di wilayah pipa melingkar lurus yang berkembang penuh. Peak Flow Meter dibuat menggunakan bahan-bahan umum, termasuk pipa PVC, pegas pensil mekanik, sepotong kecil aluminium, dan mata gergaji bolak-balik. Kalibrasi dilakukan berdasarkan waktu yang dibutuhkan untuk mengompresi pompa rakit sepenuhnya terhadap aliran tekanan. Pompa rakit mensimulasikan diafragma dalam sistem pernapasan manusia dan ruang aliran mensimulasikan kapasitas paru-paru. Sebelum uji coba dimulai untuk proses kalibrasi, PFM komersial dipasang ke pompa rakit terlebih dahulu, untuk dijadikan standar perbandingan. Pompa rakit dimampatkan pada waktu yang dicatat oleh stopwatch. Berbagai uji coba dijalankan untuk menetapkan laju aliran tertentu terhadap waktu yang ditunjukkan oleh stopwatch. Prosedur ini dilakukan lagi untuk PFM kami. Untuk mengkalibrasi PFM kami, lubang dibor di bagian dasar dan poros bawah PFM untuk mengurangi tekanan dan mensimulasikan kinerja PFM komersial. Uji coba dilakukan hingga diperoleh hasil yang konsisten. Laju aliran kemudian ditunjukkan pada mata gergaji dengan sistem kode warna.
Pendahuluan
Peak Flow Meter (PFM) adalah perangkat genggam portabel yang membantu pengguna memeriksa seberapa efektif asma mereka dikendalikan dengan mengukur laju aliran volumetrik udara yang dihembuskan. Berbagai Peak Flow Meter komersial dapat dilihat di bawah ini.
Gambar 1: Pengukur Aliran Puncak Komersial Orang sehat berusia dua puluhan tahun dapat mengharapkan laju aliran puncak sekitar 600 L/menit. Pasien dengan asma biasanya memiliki laju aliran kurang dari ini, tetapi akan bervariasi tergantung pada kondisi kesehatan mereka sendiri. Dengan menggunakan pengukur aliran puncak setiap hari dan melacak hasilnya, dokter akan dapat melihat bagaimana asma pasien berkembang setiap hari dan akan membantu menentukan jenis perawatan medis apa yang dibutuhkan.
Tujuan
Peak Flow Meter berguna di rumah dan di klinik. Hal ini terutama berlaku ketika pasien dapat melihat perubahan hasil sebelum dan sesudah perawatan di klinik. Mereka akan dapat melihat adanya penurunan kondisi asma mereka dan kemudian menyampaikan informasi tersebut kepada dokter mereka pada pertemuan berikutnya. Sering kali penurunan laju aliran ekspirasi maksimum seseorang merupakan tanda memburuknya kondisi kesehatan. Masalahnya adalah peak flow meter tidak mudah diperoleh di mana-mana orang mungkin membutuhkannya. Di banyak daerah berkembang atau terpencil, instrumen medis seperti peak flow meter tidak mudah ditemukan. Proyek desain ini akan difokuskan pada desain Peak Flow Meter sederhana yang dapat digunakan oleh dokter di daerah berkembang atau pedesaan. Tantangannya adalah merancang perangkat yang dapat dibuat dengan perlengkapan yang tersedia di kota kecil mana pun di dunia. Dengan cara ini, siapa pun yang mendapatkan desain tersebut dapat mengakses semua bahan yang dibutuhkan. Bahan yang digunakan untuk peak flow meter terdiri dari pipa PVC untuk badan dan sepotong aluminium yang digunakan untuk mengukur laju aliran volumetrik ekspirasi seseorang. Desainnya harus distandarisasi sehingga siapa pun yang membangunnya akan mendapatkan hasil pembacaan yang akurat. Tantangan utamanya bukanlah konstruksi perangkat itu sendiri, melainkan kalibrasinya. Harus dipastikan bahwa peak flow meter berbiaya rendah tersebut mampu memberikan hasil yang dapat diulang seperti halnya peak flow meter produksi. Penelitian telah menunjukkan bahwa tidak ada upaya serupa lainnya untuk merancang peak flow meter berbiaya rendah.
Peralatan Eksperimen
Alat ukur aliran puncak terdiri dari tabung berongga dengan pendorong di dalamnya yang dapat bergerak bebas. Bagian PFM yang ditiup oleh seseorang harus tegak lurus dengan tabung berongga yang membungkus pendorong. Penekan adalah perangkat yang dipindahkan secara proporsional dengan laju aliran volumetrik. Terpasang pada pendorong adalah mekanisme yang menjaga pendorong pada elevasi maksimumnya di dalam tabung berongga. Dalam desain ini, bilah gergaji bolak-balik pada titik poros yang diberi pegas memungkinkan pengukuran PFM dilakukan.
Pompa udara yang dioperasikan dengan tangan dihubungkan ke ruang aliran yang digunakan untuk menyebarkan aliran yang merata ke PFM. Saat gagang pompa ditekan, udara yang tertahan di ruang aliran dipindahkan, dan bergerak ke pengukur aliran puncak. Proses ini dirancang untuk meniru proses meniup udara ke PFM, di mana pompa rakit mewakili diafragma dan ruang aliran mensimulasikan kapasitas paru-paru.
Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4, untuk mengatasi tantangan kalibrasi, alat ukur aliran puncak kami akan dihubungkan ke pasokan udara yang diatur. Ini akan mensimulasikan kekuatan paru-paru manusia yang menyediakan semburan aliran yang stabil untuk mengkalibrasi alat ukur aliran puncak. Lubang dibor dalam pola yang terkontrol di sepanjang poros untuk melepaskan tekanan udara yang terkumpul secara merata di bawah objek yang tercelup di dalam pipa PVC.
Bahasa Indonesia: Untuk membuat Peak Flow Meter, bagian 10 inci dari pipa PVC ID 1,25 inci dan sambungan-T yang memiliki sambungan selip betina 0,75 inci pada sisi tegak lurus akan digunakan. Sumbat jantan 1,25 inci dimasukkan pada bagian bawah sambungan-T. Sambungan selip betina 0,75 inci mensimulasikan ukuran corong pada PFM komersial. Tutup ujung betina 0,75 inci pas dengan mulus di dalam PVC 1,25 inci, beginilah cara penekan diformulasikan. Penekan terdiri dari dua tutup 0,75 inci yang dipasang dengan bagian 1 inci dari pipa 0,75 inci. Di bagian atas PFM terdapat tutup betina 1,25 inci dengan slot yang dipotong di dalamnya. Slot berfungsi sebagai jalan masuk bagi mata gergaji bolak-balik untuk meluncur. Sepotong aluminium ditekuk agar sesuai dengan sudut gigi pada mata gergaji bolak-balik. Sebuah lubang 0,125 inci dibor melalui salah satu tutup tepat sebelum kubah cembung. Sebuah pin dimasukkan melalui lubang ini untuk menahan mata gergaji bolak-balik. Sebuah slot dipotong di tutup sumbat, yang memungkinkan ujung mata gergaji bolak-balik yang dimuati pegas untuk berputar di sekitar pin di dalam tutup. Pegas kompresi diambil dari pena yang dapat ditarik. Pegas ini direkatkan tegak lurus dengan tepi mata gergaji. Pegas memberikan cukup resistansi untuk menekan mata gergaji terhadap perangkat penangkap aluminium di bagian atas PFM. Sebuah lubang 0,125 inci dibor 1 inci dari bagian bawah bagian pipa PVC 10 inci dan sebuah pin dimasukkan. Tujuan dari pin ini adalah untuk memungkinkan pendorong mulai pada level yang konsisten setiap kali pendorong diatur ulang. Lubang pertama yang perlu dibor di bagian pipa 10 inci memiliki diameter 5/16 inci dan terletak 1,16 inci dari bagian bawah pipa. Lubang kedua berdiameter 7/32 inci dan terletak 0,84 inci dari dasar pipa. Lubang berdiameter 3/8 inci dibor di tengah sambungan T tepat di seberang lubang female berukuran 0,75 inci. Lubang terakhir juga berdiameter 3/8 inci yang terletak di tengah colokan male berukuran 1,25 inci bagian bawah. Gambar di bawah ini menunjukkan tampilan penampang melintang lokasi tempat lubang harus dibor.
Pompa rakit komersial dimodifikasi dan dipasangi stopwatch untuk memungkinkan pengaturan waktu aliran udara yang tepat. Pengaturannya adalah sebagai berikut: Stopwatch standar dibongkar, dan kabel berpelindung disolder ke permukaan aktivasi logam tombol mulai/henti. Kabel mengarah ke dua tombol sederhana. Salah satu tombol dipasang pada gagang pompa, dan yang lainnya dimasukkan ke permukaan bawah bagian dalam pompa. Saat pengguna mulai menekan gagang, tombol gagang ditekan. Setelah mencapai bagian bawah gerakan pendorong, pendorong menekan tombol di bagian bawah pompa dan secara otomatis menghentikan stopwatch. Tombol reset stopwatch dipertahankan sehingga waktu dapat diatur ulang dan beberapa uji coba dapat dijalankan.
Pompa rakit dihubungkan melalui pipa 0,75" ke perangkat yang dikenal sebagai ruang aliran. Ruang aliran terdiri dari dua adaptor 1" x 1,25" yang dihubungkan dengan bagian pipa PVC 2" sepanjang 8". Pada setiap ujung ruang aliran, adaptor selang jantan 1" dimasukkan ke dalam ruang aliran dengan memastikan penggunaan pita Teflon untuk mencegah segala jenis kebocoran udara.
Prosedur Eksperimen
Sebelum uji coba dimulai untuk proses kalibrasi, diverifikasi bahwa pipa pompa rakit dan semua sambungan PVC tersambung dengan aman, dan stopwatch dinolkan. Sebagai standar perbandingan, PFM komersial dipasang ke pompa rakit terlebih dahulu. Pengaturan tersebut diletakkan di atas meja, memastikan tidak ada lubang yang terhalang. Sebelum mengompresi pompa, dipastikan perangkat pendorong pada PFM disetel ulang ke posisi nol. Pompa rakit dikompresi pada waktu yang dicatat oleh stopwatch. Untuk mengaktifkan stopwatch, tombol pegangan merah ditekan secara bersamaan saat pegangan ke pompa rakit dikompresi. Pegangan ditekan sepenuhnya untuk menghentikan waktu pada stopwatch. Udara terkompresi kemudian mengalir ke ruang aliran untuk menciptakan laju aliran volumetrik konstan ke PFM. Berbagai uji coba dijalankan untuk menetapkan laju aliran tertentu sehubungan dengan waktu yang ditunjukkan oleh pengatur waktu. Prosedur ini dilakukan lagi untuk PFM yang dirancang. Untuk mengkalibrasi PFM yang dirancang, lubang dengan ukuran tertentu dibor di bagian dasar dan poros bawah PFM untuk mengurangi tekanan dan mensimulasikan kinerja PFM komersial. Uji coba dilakukan hingga diperoleh hasil yang konsisten. Titik tengah kemudian dicatat pada mata gergaji bolak-balik. Dengan merujuk pada data standar yang dicapai dalam uji coba, korelasi dicapai untuk laju aliran. Laju aliran kemudian ditunjukkan pada mata gergaji melalui sistem kode warna.
Kesimpulan
Dapat disimpulkan dengan yakin bahwa proyek desain ini berhasil. Dari awal proyek hingga akhir, kami memanfaatkan berbagai keterampilan yang diperoleh selama bertahun-tahun di University of Michigan – Dearborn. Alat ukur aliran puncak dirancang dengan bahan yang sangat mendasar, dan dapat dikalibrasi untuk meniru hasil aliran alat ukur aliran komersial. Kendala besar adalah memperhatikan anggaran dalam pembuatan Alat ukur Aliran Puncak. Seperti yang dapat disimpulkan dari Anggaran kami, yang terlihat di Lampiran, PFM kami tanpa instrumen kalibrasi, totalnya adalah $7,65, yang kurang dari setengah harga PFM termurah di pasaran.
Meskipun kami berhasil memperoleh hasil akurat yang konsisten dengan alat ukur aliran puncak komersial, desain kami memang menghadirkan beberapa ketidakakuratan yang tidak terduga. Untungnya, ketidakakuratan ini muncul pada rentang pembacaan aliran puncak yang sangat tinggi dan sangat rendah. Ketidakakuratan pengukuran aliran utama kami berasal dari desain indikator aliran. Indikator aliran (pisau gergaji bolak-balik) ditekan ringan ke sumbat aluminium oleh pegas kecil. Pada sebagian besar nilai aliran, pegas tidak memiliki efek yang berarti pada pengoperasian perangkat. Namun, pada nilai aliran yang lebih tinggi, pegas diregangkan lebih jauh dan lebih banyak gaya diberikan pada indikator. Beban ini awalnya tidak diperhitungkan, dan dengan demikian menghadirkan ketidakakuratan. Untungnya, seseorang yang mampu mencapai nilai aliran atas (> 700 L/menit) tidak diharapkan mengalami masalah yang akan memerlukan penggunaan alat ukur aliran puncak secara teratur. Yang juga menghadirkan sumber ketidakakuratan adalah berat pendorong itu sendiri. Pada nilai aliran yang lebih rendah, gaya udara yang mendorong pendorong tidak cukup untuk menghasilkan hasil yang akurat dan dapat diulang. Namun, kemungkinan seseorang yang mencapai aliran puncak kurang dari 350 L/menit akan memerlukan perhatian medis di luar cakupan alat pengukur aliran puncak rumah.