Construcción de una incubadora móvil de bajo costo para campo y laboratorio

La fiabilidad de una incubadora de campo robusto radica en su capacidad para alcanzar y mantener una temperatura de ajuste bajo varias condiciones. Para supervisar el rendimiento de las diferentes configuraciones de incubadora, se realizaron las siguientes mediciones: tiempo necesario para llegar a la temperatura, efecto de la apertura de la puerta durante un minuto, consumo de energía durante 24 horas de operación, estabilidad de la temperatura interna más 24 horas de operación y la observación del crecimiento de e. coli . La temperatura dentro de la incubadora se midió cada minuto con 4 dispositivos de registro de temperatura colocados en diferentes posiciones en la estructura (soporte rack, pared, tapa, dentro de una placa de crecimiento). La temperatura era considerada ser logrado cuando todas las mediciones fueron dentro de más o menos 2 ° C, que es el rango aceptable para la incubación de e. coli. 13 La base electrónica se probó con tres tipos de conchas, utilizando materiales que típicamente se encuentran en muchos países: una caja de espuma de poliestireno (78 litros), una nevera portátil plástico duro-a (30 litros) y una caja de cartón cubren con una manta de supervivencia (46 litros) ( Figura 10). Para cubrir un rango de condiciones ambientales que pueden ser experimentados en el campo, se analizaron estas configuraciones de incubadora en tres temperaturas: ambiente (aproximadamente 27 ° C), frío (aproximadamente 3,5 ° C 7,5 ° C) y caliente (alrededor de 39 ° C). Medidas de desempeño se probaron ajuste de la temperatura interna de 37 º C y 44,5 ° C. El tiempo para alcanzar la temperatura de las incubadoras fue influenciado por la temperatura ambiente y el material de la cáscara de la incubadora. A una temperatura ambiente de alrededor de 27 ° C, las configuraciones de tres incubadoras alcanzaron las temperaturas sets (37 ° C y 44,5 ° C) en un tiempo similar (figura 11a y 12a) y comparable con el funcionamiento de una incubadora estándar (tabla 3). En ambientes fríos (3.5 ° C y 7,5 º C), las incubadoras con cáscaras gruesas, es decir, la espuma de poliestireno y una caja más fresca, alcanzaron las temperaturas sistema objetivo (37 ° C y 44,5 ° C) en un tiempo similar; cerca de cuatro veces más que bajo una temperatura ambiente de 27 ° C. Con su aislamiento inferior, la caja de cartón con manta de supervivencia nunca plenamente alcanzado las temperaturas del sistema bajo condiciones de temperatura ambiente frío (Figura 11b y 12b). En un ambiente cálido (39 ° C), la configuración de tres incubadora alcanzó la temperatura de 44,5 ° C en menos de 10 minutos (figura 12 c). Sin embargo, cuando la temperatura era de 37 ° C, es decir, inferior a la temperatura ambiente, ninguno de las incubadoras podría bajar la temperatura, lo que resulta en sobrecalentamiento para todos incubadora tres set ups (figura 11 c). La temperatura y el tipo de shell incubadora influyeron el impacto de la apertura de la puerta de la incubadora durante un minuto. La pérdida de calor fue mayor en el ambiente frío, y el tiempo para recuperar la temperatura set interna era más largo, a excepción de la incubadora de la caja de cartón donde el conjunto de las temperaturas no fueron nunca alcanzado (figura 13b y 14b de la figura). En los ambientes más cálidos, la pérdida de calor era limitada y el conjunto de las temperaturas se recuperaron en menos de 10 minutos (figura 13ac y figura 14ac). En una temperatura de 39 ° C y temperatura de 37 ° C, abrir la puerta no causar ni reducir el sobrecalentamiento de las incubadoras (figura 13 c). El consumo de energía aumentó con ambientes fríos y con un aumento en la temperatura. Mejor aislante conchas de incubadora (espuma de poliestireno y una caja más fresca) mostró un menor consumo de energía en comparación con la incubadora de la caja de cartón. En ambientes similares (temperatura ambiente de alrededor de 27 ° C), la energía de 0,22 a 0,52 kWh / 24h menos de tres incubadora configuraciones consumidos que las incubadoras estándar probados (cuadro 3). Se mantuvo estable la temperatura en la incubadora más de 24 horas con todo tipo de conchas de la incubadora y la temperatura ambiente probado (figura 13 y figura 14). Se observaron pequeñas variaciones de la temperatura medida en comparación con la temperatura según la posición del dispositivo de registro de temperatura en la incubadora. Con la excepción de las pruebas con la temperatura (39 ° C) más caliente que la temperatura (37 ° C) (figura 13 c), las variaciones de temperatura fueron todos dentro del rango aceptable de 2 ° C para la incubación de la e. coli . Todas las pruebas se realizaron en presencia de e. coli y materiales de medición de coliformes totales (filtro de membrana colocado en la placa de crecimiento). Repeticiones de una muestra se colocaron en cada instalación de incubadora y en una incubadora estándar para la comparación. En todas las configuraciones y condiciones, el crecimiento de e. coli y coliformes totales era acertado y comparable con el crecimiento observado en la incubadora estándar. Un resumen de las configuraciones de la incubadora y las condiciones de temperatura ambiente probadas con resultados se muestran en la tabla 3. Prueba 1:Tiempo a temperatura Prueba 2:Puerta lateral un minuto Prueba 3:Consumo de energía durante 24 horas Prueba 4:Variación de la temperatura sobre período de 24 horas Prueba 5:Crecimiento de e. coli observado Temperatura ambiente Temperatura de ajuste (min) Pérdida máxima de la temperatura (° C); tiempo para recuperar la temperatura (min) (kWh/24 h) Temperatura máxima absoluta (° C); temperatura mínima absoluta (° C) * (Sí / No) Caja de espuma de poliestireno 3.5 ° C 37 ° C 45 10 ° C; 17 min 0,78 37; 35.5 Sí 7,5 ° C 44,5 ° C 74 16,5 ° C; 31 min 0,89 44,5; 42.5 ND† 27 ° C 37 ° C 12 2,5 ° C; 3 min 0.28 37.5; 36.5 Sí 44,5 ° C 20 4,5 º C; 7 min 0.43 44,5; 43.5 ND† 39 ° C 37 ° C 0 (sobrecalentamiento) 2 ° C; 0 min (sobrecalentamiento) 0.11 42.5; 42 Sí 44,5 ° C 7 3.5 ° C; 5 min 0.17 45; 43.5 ND† Caja del refrigerador de disco duro-a 3.5 ° C 37 ° C 54 8 ° C; 10 min 0.86 37.5; 36 Sí 7,5 ° C 44,5 ° C 96 12 ° C; 30 min 1.05 45; 43 ND† 27 ° C 37 ° C 13 1,5 ° C; 0 min 0.27 37.5; 36.5 Sí 44,5 ° C 25 2 ° C; 4 min 0.50 45; 43.5 ND† 39 ° C 37 ° C 0 (sobrecalentamiento) 1 ° C; 0 min (sobrecalentamiento) 0.11 43; 42.5 Sí 44,5 ° C 9 4 ° C; 3 min 0.19 45,5; 44.5 ND† Caja de cartón con manta de supervivencia 3.5 ° C 37 ° C Nunca alcanzada (temperatura estable después de 109 min) 6,5 º C; temperatura estable después de 30 min 1.24 33.5; 30.5 Sí 7,5 ° C 44,5 ° C Nunca alcanzada (temperatura estable después de 120 min) 8 ° C; temperatura estable después de 20 min. 1.28 36.5; 32 ND† 27 ° C 37 ° C 15 2,5 ° C; 6 min 0.42 36.5; 35.5 Sí 44,5 ° C 24 3 ° C; 8 min 0.70 44,5; 42.5 ND† 39 ° C 37 ° C 0 (sobrecalentamiento) 1,5 ° C; 0 min (sobrecalentamiento) 0.11 41.5; 40 Sí 44,5 ° C 9 2 ° C; 0 min 0.20 45; 43.5 ND† Incubadora estándar 27 ° C 37 ° C 18 1 ° C; 0 min (sobrecalentamiento) 0,64 38.5; 36 ND† 44,5 ° C 23 (sobrecalentamiento) 2,5 ° C; 0 min 0.95 47.5; 43.5 ND† Tabla 3: Resumen de los resultados para las configuraciones de la incubadora y las condiciones de temperatura ambiente probado. * Prueba 4: Temperaturas máximas y mínimas absolutas registran durante los períodos estables, es decir, de 10 minutos después del final de un evento disruptivo (tiempo para alcanzar la temperatura programada, abriendo la puerta). † ND: No hay datos, no de prueba. Figura 10: cáscaras de incubadora probados. Abierto (fila superior) y cerrado (fila inferior). Grueso (izquierda), de la caja de poliestireno expandido de 3.5 cm, dimensiones exteriores 39 x 56 x 36 cm; duro plástico refrigerador caja (media), espesor de 2,5 cm, dimensiones exteriores 32 x 41 x 47 cm; caja de cartón (derecha) cubierta con una manta de supervivencia estándar de 12 μm de espesor doblado dos veces, dimensiones exteriores 30 x 42 x 37 cm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 11: tiempo para alcanzar la temperatura (37 ° C) de la configuración de incubadora bajo condiciones de temperatura diferentes. Actuaciones de incubadoras con una cáscara hecha de una caja de espuma de poliestireno, una caja del refrigerador de disco duro-a y una caja de cartón cubren con una manta de supervivencia. Habitación temperatura ambiente (a), temperatura fría (b)y la temperatura caliente (c). Las temperaturas registradas en la rejilla de apoyo de las incubadoras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 12: tiempo para alcanzar la temperatura programada (44,5 ° C) de preparaciones para incubadora bajo condiciones de temperatura diferentes. Actuaciones de incubadoras con una cáscara hecha de una caja de espuma de poliestireno, una caja del refrigerador de disco duro-a y una caja de cartón cubren con una manta de supervivencia. Habitación temperatura ambiente (a), temperatura fría (b)y la temperatura caliente (c). Las temperaturas registradas en la rejilla de apoyo de las incubadoras.  Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 13: las variaciones de temperatura durante el período de 24 horas y el efecto de apertura bajo condiciones de temperatura ambiente diferente de la puerta. Temperatura de 37 ° C. Actuaciones de incubadoras con una cáscara hecha de una caja de espuma de poliestireno, una caja del refrigerador de disco duro-a y una caja de cartón cubrieron con una manta de supervivencia. Habitación temperatura ambiente (a), temperatura fría (b)y la temperatura caliente (c). En círculo áreas muestran las variaciones de temperatura debido a la puerta durante un minuto. Las temperaturas registradas en la rejilla de apoyo de las incubadoras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 14: variaciones de la temperatura sobre período de 24 horas y el efecto de apertura bajo condiciones de temperatura ambiente diferente de la puerta. Temperatura de 44,5 ° C. Actuaciones de incubadoras con una cáscara hecha de una caja de espuma de poliestireno, una caja del refrigerador de disco duro-a y una caja de cartón cubrieron con una manta de supervivencia. Habitación temperatura ambiente (a), temperatura fría (b)y la temperatura caliente (c). En círculo áreas muestran las variaciones de temperatura debido a la puerta durante un minuto. Las temperaturas registradas en la rejilla de apoyo de las incubadoras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura S1: diagrama eléctrico de cableado de centrales eléctricas de incubadora. Alternativas para la operación de la red y funcionamiento con batería se indican. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Parámetro Valor seleccionado 1 Tipo de salida de control Control Q1 / Q2 de la alarma 2 Tipo de sensor conectado Pt100 (-200 a 140 ° C) 3 Seleccionable de consigna de límite inferior 0 4 Seleccionable de consigna de límite superior 50 5 Tipo de control Calefacción 6 Histéresis o banda muerta para el control de P.I.D desc. 0 7 Ancho de banda proporcional del proceso expresado en unidades (° C si temperatura) 1 8 Tiempo integral. Inercia del proceso expresado en segundos 80.0 9 Tiempo derivativo para P.I.D. 20.0 10 Tiempo de ciclo para la dosificación de tiempo salida 10 11 Permitir/denegar modificación de punto de referencia valores por teclado frontal Permite la modificación de los puntos de referencia 12 Filtro de software. Número de lecturas para calcular la comparación valor PV-SPV 10 13 Tipo de título ° C 14 Tipo de líquido refrigerante Aire Tabla S1: configuración del controlador de temperatura PID. Visualización de valores; otros parámetros no es necesarios para ejecutar la incubadora quedaron a valores por defecto.