FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICAINGENIERIA BIOMEDICA CAMPUS TIQUIPAYA

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA QUE MIDA LA

SATURACION DE ALCOHOL DE LAS PERSONAS A TRAVES DEL

ALIENTO

TALLER DE BIOINGENIERIA II

JOSE ALBERTO MORALES ECHENIQUE

DOCENTE: Ing. Marcelo Rojas

Cochabamba – BoliviaGestión I 2011

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA QUE MIDA LA SATURACION DE ALCOHOL DE LAS

PERSONAS A TRAVES DEL ALIENTO

RESUMEN.

En el presente proyecto se empleara un sensor para detectar el grado alcohólico de las personas a través del aliento, mediante el circuito que se diseñara se lograra decodificar la información del sensor del alcoholímetro y así se podrá apreciar el grado alcohólico de los usuarios en datos numéricos que cualquiera pueda comprender, así como también se ayudara con tablas de referencia para la correcta interpretación de los datos que se muestren en la pantalla del equipo.

Este equipo tiene la finalidad de aportar un examen de alcoholemia donde se lo requiera de manera rápida, sencilla, precisa y de manera no invasiva a los usuarios, ya que con la simple exhalación del aliento se detectara los niveles de alcohol de las personas que se sometan a este examen.

José Alberto Morales Echenique

INDICE Pag.

CAPITULO IINTROIDUCCION…………………………………….... 1

CAPITULO IIMARCO TEORICO…………………………………….. 4

CAPITULO IIIINGENIERIA DEL PROYECTO……………………… 21

CAPITULO IVCONCLUSIONES……………………………………… 27RECOMENDACIONES……………………………….. 28

CAPITULO V BIBLIOGRAFIA………………………………………… 29

CAPITULO VIANEXOS

CAPITULO I

INTRODUCCI

ÓN

CAPITULO I. INTRODUCCIÓN.

1.1. ANTECEDENTES.

Hasta el día de hoy se vio que en el mundo un sistema que mida la saturación de alcohol de las personas a través del aliento es de gran utilidad para la posible detección temprana del estado alcohólico de las personas para así quizá prevenir accidentes de tránsito que en su mayoría son causados por personas en estado de ebriedad, y para cualquier caso en el que se quiera comprobar si alguna persona se encuentra o no en estado de ebriedad.

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

De acuerdo a los avances tecnológicos que se presencia hoy en día, toda la evolución de equipos electrónicos que tenemos presente en nuestro vivir y cada vez con los sensores más precisos que aparecen dentro el mercado de la electrónica ¿un sistema que mida la saturación de alcohol de las personas a través del aliento podría ser de gran utilidad para aquellas personas que tengan que realizar este examen de manera inmediata y sin la necesidad de acudir a ningún laboratorio para el análisis de sangre?

1.3. JUSTIFICACION DEL PROYECTO.

El alcoholímetro en la actualidad es de gran ayuda si se desea saber el estado etílico de alguna persona en específico, ya que con solo una exhalación del aliento de la misma se puede apreciar la cantidad de alcohol que consumió antes del examen, y esta es una ventaja si se debe medir el grado alcohólico de aquellas personas que se presume puedan estar en estado alcohólico ya que por medio de este examen se pueden evitar las consecuencias que puede causar la misma si se encuentra en estado de ebriedad.

Este sistema al ser un medio que se puede hacer portátil es una ventaja en cuanto al precio, ya que al poder usar el equipo cada vez que se desea, con solo realizar una esterilización o un cambio de la boquilla donde se posiciona la boca para la prueba, a corto plazo se aprecia que es un ahorro, ya que la otra manera de comprobar si una persona está en estado de ebriedad es mediante una prueba de sangre que debe realizarse en un laboratorio especializado, y esto tiene un costo cada vez que se realiza el examen; caso que no sucede con el sistema que mide la saturación de alcohol de las personas a través del aliento.

Dentro del aspecto técnico se puede decir que el sistema que mide la saturación de alcohol de las personas a través del aliento es la manera más fácil y de forma casi inmediata de saber si un sujeto se encuentra o no en estado de ebriedad, ya que el examen clínico demora más debido a que tiene que ser realizado por especialistas y en un centro especializado.

1.4. OBJETIVO GENERAL.

Diseñar e implementar un sistema que mida la saturación de alcohol de las personas a través del aliento y de manera casi inmediata muestre el grado alcohólico de las personas que se sometan a esta prueba mediante una pantalla LCD en datos que sean comprensibles para casi cualquier persona.

1.5. OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Diseñar una fuente de alimentación de energía para el uso de los circuitos internos.

Diseñar un circuito que monitoree el sensor y mande los datos obtenidos al microcontrolador.

Diseñar un software que traduzca los datos obtenidos del sensor para la correcta interpretación por las personas que utilicen este equipo.

Realizar pruebas de funcionamiento.

1.6. ALCANCE DEL PROYECTO.

El diseño del sistema que mida la saturación de alcohol de las personas a través del aliento llegara a ser de confiabilidad para realizar un examen de la concentración de alcohol de las mismas cada vez que se desee y de una manera sencilla y que a la vez muestre los datos correctos para una interpretación claro de los niveles de alcohol que se detecten.

1.7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.

CAPITULO II. MARCO TEORICO.

CAPITULO II

MARCO

TEORICO

2.1. CONTENIDO DE ALCOHOL EN LA SANGRE (BAC).

El contenido de alcohol en la sangre o también llamado BAC (blood alcohol content) por sus siglas en inglés, es el termino más común usado para medir la intoxicación de alcohol ya sea para fines legales o médicos, usualmente es expresado en una fracción del porcentaje en términos del volumen de alcohol por litro de sangre en el cuerpo, comúnmente se expresa sin unidades, o como un decimal con 2-3 cifras significativas seguido de un signo de porcentaje, cada país o estado puede definir la tasa de alcoholemia de manera diferente.

Dado que la medición debe ser precisa, varias técnicas de medición se utilizan como sustitutos a la aproximación de las partes por millón verdadera medida.

El número de bebidas consumidas a menudo es una medida pobre de contenido de alcohol en sangre, en gran parte debido a las variaciones en el peso, el sexo y la grasa corporal.

Un nivel de etanol de 0.10% es igual a 22 mmol / l ó 100 mg / dl de alcohol en la sangre. Este 0,10% BAC mismo equivale a 0,10 g / dl de alcohol en la sangre o 0.10 g/210L de exhalado alcohol en el aliento o 0.476 mg / l de alcohol en el aliento exhalado. Así mismo, 0,10 mg / l de alcohol en el aliento exhalado se convierte en 0,02% BAC, 0,022 g / dl de alcohol en la sangre o g/210L de 0,022 alcohol en el aliento exhalado.

BAC Efectos específicos según la dosis.0.02-0.03%

Generalmente no se pierde la coordinación, hay leve euforia o pérdida de la timidez. Efectos depresivos no evidentes.

0.04-0.06%

Sensación general de bienestar, relajación, menor inhibición, sensación de calidez. Euforia. Se ve afectado a nivel menor el razonamiento y la memoria, reduciéndose el nivel de precaución. La capacidad de conducir puede verse afectada en este nivel de intoxicación.

0.07-0.09%

Se ven afectados ligeramente el equilibrio, el habla, la vista, el tiempo de reacción y la audición. Euforia. Se reduce el criterio y el auto-control, así como la precaución, afecta el razonamiento y la memoria. La capacidad siempre se ve afectada a este nivel de intoxicación.

0.10-0.125%

Se ve afectada significativamente la coordinación motora y se pierde el buen criterio. El habla puede ser mal modulada; el equilibrio, la visión, el tiempo de reacción y la audición se verán afectados. Euforia.

0.13-0.15%

Capacidad motora gravemente afectada y falta de control físico. Vista nublada e importante pérdida del equilibrio. Se

reduce la euforia y comienza a aparecer disforia.0.16-0.20%

Disforia (ansiedad, inquietud) predominante, pueden aparecer nauseas. El bebedor tiene el aspecto de un “borracho descontrolado”.

0.25-0.29%

Necesita ayuda para caminar; tiene una confusión mental total. Disforia con náuseas y algo de vómitos.

0.30-0.39%

Perdida del conocimiento.

+ del 0.40%

Principio de coma, posible muerte debido a paro respiratorio.

Tabla 1Bailey, William J., Drug Use in American Society, 3ra ed., Minneapolis: Burgess, 1993.

2.2. LEY DE HENRY.

Henry, un químico inglés, estudió en 1803 el comportamiento de una sustancia volátil en una disolución. Aunque él no estudió en concreto las disoluciones de alcohol en su trabajo, su ley se aplica a las disoluciones de alcohol en agua conteniendo menos de un 20% de alcohol.

Cuando se añade alcohol al agua, éste se disuelve en ella, tendiendo sin embargo una parte del alcohol a escapar de la disolución en forma de gas, tendencia que puede ser detectada por el olor a alcohol.

Si la disolución de alcohol en agua la introducimos en una botella sin llenarla completamente y la tapamos, la concentración de alcohol en el aire de la botella crecerá hasta alcanzar un punto máximo, permaneciendo en ese momento constante. La concentración en el aire dependerá de dos factores:

(a) La temperatura del sistema, y (b) la concentración de alcohol en la disolución.

Si el aire de la botella se reemplazara por aire conteniendo una concentración mayor, el alcohol pasaría del vapor a la disolución hasta que se alcanzara la misma proporción en ambas concentraciones (vapor y disolución). Si la temperatura de la disolución aumentase, la concentración de alcohol en el aire crecería. De estas sencillas observaciones se dedujo la versión simplificada de la ley de Henry:

"Cuando una solución acuosa de un componente volátil alcanza un equilibrio con el aire, existe una proporción fija entre las concentraciones de este componente en el aire y en la disolución, para

una temperatura determinada". (Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado)

La ley de Henry se aplica asimismo al cuerpo humano. La proporción de alcohol existente en la sangre (en la que riega los pulmones) y en el aliento se relaciona entre sí del mismo modo que la disolución en agua descrita en el ejemplo de la botella. El paralelismo entre la ley de Henry y lo que sucede en el cuerpo humano podemos establecerlo de la siguiente manera:

Ley de Henry PersonaCuando una solución en agua SangreDe un componente volátil +alcoholLlega a un equilibrio con el aire PulmonesExiste una relación fija entre laConcentración de la solución en el aireY en la disolución

Proporción 2000:1

Siendo constante para una temperatura dada La temperatura del cuerpo es constante

La relación de concentraciones no depende del peso o constitución de la personaTabla 2

Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

2.3. EL SISTEMA CIRCULATORIO.

Podemos considerar el sistema circulatorio dividido en las siguientes partes: El sistema que transporta sangre a los pulmones o sistema circulatorio pulmonar, que comienza en el ventrículo derecho, pasa por los pulmones y finaliza en la aurícula izquierda. La sangre es transportada a los pulmones a través de la arteria pulmonar que, entrando en los pulmones se subdivide en capilares en el tejido pulmonar recubriendo los alvéolos, donde tiene lugar el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre aire y sangre. La sangre oxigenada regresa a la aurícula izquierda para ser distribuida por el cuerpo.

El diagrama ilustra como el sistema circulatorio pulmonar transporta sangre del cuerpo al corazón a través del ventrículo derecho para llevarla luego a los pulmones para oxigenación y devolverla luego al cuerpo vía el ventrículo izquierdo del corazón.

Figura 1Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

Circulación cerebral aporta sangre para el riego del cerebro desde la aorta, regresando a la cava a través de la yugular.

Los capilares que suministran sangre al intestino transportan también las sustancias alimenticias absorbidas. Las venas que irrigan éste área no regresan directamente al corazón sino que se dirigen al hígado, las sustancias nutritivas absorbidas en el intestino son sometidas a muchos procesos antes de ser usadas como componentes útiles o ser almacenadas para su uso posterior. Desde el hígado la sangre pasa a la vena cava y regresa al corazón.

Figura 2Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

El sistema de vasos que transporta la sangre hacia los diversos órganos y tejidos del cuerpo comienza en la aorta y transporta la sangre a presión desde el ventrículo izquierdo, subdividiéndose en diversas ramas en arterias mayores que aportan sangre a diferentes partes del cuerpo.

Debe tenerse en cuenta que el flujo de sangre hacia las diversas partes del cuerpo no es constante y puede ser alterado por diferentes estímulos. Por ejemplo cuando hace frío se contraerán los vasos de la piel disminuyendo el flujo de sangre en la misma y la pérdida de calor. Durante el ejercicio en cambio crece el flujo de sangre hacia los músculos para proveerlos de oxígeno y materias alimenticias. Estos factores son importantes cuando consideramos la absorción y distribución del alcohol en el cuerpo.

2.4. EL SISTEMA RESPIRATORIO.

2.4.1. ESTRUCTURA.

El sistema respiratorio lo forman los pulmones y el sistema de conductos por los que el aire llega a ellos. El aire normalmente entra en el cuerpo a través de los orificios nasales pasando por la nariz, donde es filtrado y calentado. La cavidad de la parte posterior de la boca es un paso común para aire y alimentos. Desde aquí la comida pasa al esófago y el aire pasa a la laringe atravesando la epiglotis, mecanismo que impide la abertura a la laringe cuando estamos tragando.

Desde la laringe el aire pasa a la tráquea, que contiene anillos de cartílago que impiden que el paso de aire pueda cerrarse, la tráquea se divide en dos ramas llamadas bronquios que llegan cada una a un pulmón, subdividiéndose en ramas cada vez más estrechas. En las paredes de los tubos más finos existen pequeñas cavidades en forma de copa, son los llamados alvéolos.

Las paredes de los alvéolos están alimentadas por un sistema de capilares sanguíneos y dado que las paredes de los alvéolos son delgadas y están húmedas, las moléculas de gases pueden difundirse a través de ellas. Es en los alvéolos donde tiene lugar la transferencia de gases entre sangre y aire. El área disponible para esta transferencia se estima que es mayor que 100 metros cuadrados, es decir más de 50 veces la superficie de la piel.

2.4.2. RESPIRACION.

El proceso conocido como respiración podemos dividirlo en dos fenómenos diferentes. El proceso mecánico de introducir aire en los pulmones (inspiración) y dejarlo salir de nuevo (expiración) y por otra parte el proceso de intercambio de gases, primero entre sangre y aire exterior y segundo entre la sangre y las células.

En reposo se introducen aproximadamente 500 mL de aire con cada inspiración. Este volumen se conoce como volumen tidal. Si expiramos éste volumen aún podremos además expeler un volumen adicional de 1,5 litros, aún incluso después de esto aún permanecerá en los pulmones aproximadamente un litro de aire. Por otro lado además de los 500 mL de aire que normalmente inspiramos podremos inspirar adicionalmente unos 3 litros si respiramos profundamente. Se conoce como capacidad vital al volumen total que podemos expirar después de una inspiración profunda.

De los 500 mL que introducimos habitualmente al inspirar, no todos alcanzan los alvéolos, quedándose en los tubos de conducción (tráquea, bronquios, etc.) una parte de éste volumen.

Durante la expiración es precisamente el aire que se encuentra en las vías aéreas el primero que expulsamos. Este aire, al no haber estado en contacto con la sangre tendrá una composición que no habrá variado. Al final de la expiración el aire, con una concentración alta de dióxido de carbono, volverá a ser inspirado. De éste modo tan sólo 350 mL de aire serán verdaderamente reemplazados en los alvéolos, mezclándose con los 2,5 litros que están ya en el sistema.

2.4.3. AIRE ALVEOLAR.

Debe considerarse que la primera porción de aire espirado durante la expiración es aire de vías respiratorias que no ha estado en los alvéolos; una vez desplazado éste volumen se expele el aire de los alvéolos. Esta parte final, el aire alveolar, es la que ha sufrido verdaderamente el intercambio de gases entre sangre y aire.

Es importante la distinción del aire alveolar con el resto del aire espirado porque es justamente esta parte del aire la que nos va a interesar para la determinación de la concentración de alcohol en la sangre. El aire de las vías respiratorias contendrá una cierta proporción de alcohol pero su composición variará y será menor siempre que la proporción de alcohol en el aire alveolar.

2.5. LA ABSORCIÓN, DISTRIBUCIÓN Y ELIMINACIÓN DEL ALCOHOL

2.5.1. ABSORCION.

Casi de forma inmediata a la ingesta del alcohol, éste pasa a distribuirse por la sangre debido a la habilidad del alcohol para difundirse a través de las paredes del estómago y entrar en el riego sanguíneo de esa área. A pesar de que la absorción comienza ya en el estómago, la mayor parte se produce en el intestino delgado.

Existen muchos factores que pueden hacer variar la absorción de alcohol desde el sistema digestivo. Dado que la absorción es un proceso de difusión, se verá afectado por diferentes factores, por ejemplo la presencia en el estómago de agentes irritantes puede dar lugar a una mayor secreción de jugos gástricos que pueden a su vez modificar la absorción.

Siempre se ha puesto un gran énfasis en la influencia de la comida en la absorción de alcohol. En general se reconoce la influencia de la presencia de comida, en particular de comida grasa, como un factor que tiende a retrasar la absorción del alcohol, el fenómeno no es bien conocido en todos sus detalles pero parece deberse al efecto de dilución de la comida.

La variación en la absorción del alcohol hace que la concentración de alcohol en sangre pueda variar, incluso, en el mismo individuo considerado en diferentes ocasiones.

2.5.2. DISTRIBUCION.

Cuando el alcohol se difunde en las paredes del tracto digestivo, entra en la sangre del sistema de capilares que vierten la sangre en la vena portal que conduce al hígado. En el hígado una parte del alcohol es destruido, siendo el restante transportado por la sangre en circulación a todo el cuerpo incluido el cerebro.

Durante la primera etapa de la absorción, la sangre suministra alcohol a los diferentes tejidos del cuerpo, esto sigue sucediendo en tanto la concentración de alcohol en la sangre sea significativamente mayor que en los tejidos. El alcohol se distribuye en mayor proporción en aquellos tejidos con un mayor contenido de agua, por ejemplo, el tejido muscular que contiene aproximadamente el 80% de agua, absorberá más alcohol que la grasa, que contiene el 20%.

Figura 3Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

La distribución del alcohol en los tejidos continúa hasta que la concentración, en proporción con el contenido de agua, queda equilibrada.

Al transcurrir el tiempo después de la ingestión del alcohol, la concentración de éste va disminuyendo en la sangre y el alcohol es entonces cedido por los tejidos a la sangre. Este proceso es sin embargo generalmente más lento que el que tiene lugar durante la ingestión del alcohol y se puede decir que existe un equilibrio entre la concentración de alcohol en la sangre y en los tejidos.

Figura 4

Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

2.5.3. ELIMINACION.

El alcohol es eliminado del cuerpo por medio de diferentes procesos. La mayor proporción, aproximadamente el 95%, es destruida por medio de enzimas en el hígado. El producto final de esta destrucción es dióxido de carbono y agua, productos no tóxicos que se eliminan fácilmente del cuerpo.

El resto del alcohol (aproximadamente el 5%) es eliminado sin cambios en la orina, con eliminación de menores cantidades en el aliento y en la transpiración (figura 5).

Es el conjunto de la eliminación de alcohol del cuerpo lo que resulta importante a efectos forenses; la rapidez con que el alcohol desaparece del cuerpo y consecuentemente de la sangre que irriga el cerebro.

2.5.3.1. LA CURVA DE ELIMINACION DEL ALCOHOL.

La concentración de alcohol en la sangre en cualquier momento será determinada por la absorción, la distribución y la eliminación. Dado que lo importante es el efecto conjunto y la concentración en la sangre, será conveniente estudiar los cambios que ocurren en la sangre. En el gráfico siguiente podemos comprobar la evolución de la concentración de alcohol en la sangre de un sujeto que consumió 12 vasos de 200 mililitros de cerveza en una hora.

La concentración de alcohol en la sangre en cualquier momento será determinada por la absorción, la distribución y la eliminación. Dado que lo importante es el efecto conjunto y la concentración en la sangre, será conveniente estudiar los cambios que ocurren en la sangre. En el gráfico siguiente podemos comprobar la evolución de la concentración de alcohol en la sangre de un sujeto que consumió 12 vasos de 200 mililitros de cerveza en una hora.

Concentración de alcohol g/ml sangre.Figura 5

Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

Aunque la curva es perfectamente continua en la realidad se producen variaciones más bruscas en la misma, especialmente en la parte de subida.

En la curva de concentración podemos considerar tres partes principales:I. La parte en que la concentración asciende (de A a B). II. La parte en que se alcanza el máximo, o pico (B).III. La parte en que la concentración desciende (de B a C).

La primera parte de la curva es aquella en que el alcohol aportado a la sangre es mayor que el que sale de ella por absorción en los tejidos y por eliminación.

Cuando la concentración alcanza su punto máximo no se produce subida ni bajada alguna, ha de tenerse en cuenta sin embargo que la absorción sigue teniendo lugar, solamente la velocidad de absorción se iguala a la de eliminación.

A partir de ese momento el alcohol comienza a ser eliminado en mayor proporción que absorbido y la concentración empieza a bajar. En el estudio de curvas de absorción de alcohol hay varios puntos que deben ser tenidos en cuenta:

1. La concentración de alcohol en el punto en que el sujeto deja de beber (punto A). 2. La concentración máxima de alcohol alcanzada (punto B). 3. El tiempo que transcurre entre los puntos A y B. 4. La proporción de la concentración máxima de alcohol alcanzada atribuible a cada consumición de alcohol efectuada. 5. La tasa (velocidad) de disminución de la concentración de alcohol en la fase de declive (entre B y C).

En ocasiones es preciso calcular la concentración de alcohol en sangre de un sujeto en un momento diferente de aquel en que se efectuaron las medidas. Esto resulta difícil de realizar con un cierto grado de precisión debido a la amplia variación de las curvas de concentración en sangre producida en diferentes sujetos o incluso en el mismo sujeto en diferentes ocasiones.

2.6. FUNDAMENTOS FISIOLOGIOCOS DE LA MEDICION EN EL ALIENTO.

Después de la ingestión del alcohol, la presencia del mismo en el organismo puede ser demostrada en diferentes fluidos corporales (transpiración, orina, sangre y aliento). La concentración relativa de alcohol en muchos de éstos fluidos ha sido estudiada tanto teórica como prácticamente. La aplicación forense de la medición en el aliento parece

haber sido considerada por primera vez en 1927 cuando se estableció una relación entre la concentración en el aliento y en la orina.

En un informe, publicado por Liljestrand y Linde en 1930, se discute la relación entre las concentraciones en sangre y aliento. Los estudios mostraron que la cantidad de alcohol contenida en 2 litros de aliento eran aproximadamente la misma que la contenida en 1 mililitro de sangre.

Ya se ha señalado el intercambio de gases (incluidos los vapores de alcohol) que tienen lugar en los espacios alveolares de los pulmones. Por ello la concentración de alcohol en el aire expirado está regida por la proporción de aire alveolar en la muestra de aire.

La determinación de la concentración de alcohol en sangre por medio del aire expirado está basada en la existencia de una relación definida entre la concentración de alcohol en la sangre que pasa por los pulmones y el aire en los alvéolos. Al final de la inspiración los pulmones y debido a la gran superficie de contacto entre la sangre y el aire se produce, de acuerdo con la ley de Henry un equilibrio entre la distribución de alcohol en ambas fases. Dado que además, dentro de límites bastante estrechos, la temperatura del sistema se mantiene constante, la concentración de alcohol en la fase gaseosa depende solamente de la concentración en la fase líquida.

El establecimiento de un equilibrio se ve favorecido por el hecho de que los alvéolos jamás se vacían, incluso con una espiración forzada. Al comenzar la inspiración. Durante la inspiración el primer aire que reciben los alvéolos es el contenido en los conductos respiratorios y posteriormente entra el aire exterior. El sistema respiratorio podría por tanto ser comparado con una columna de aire con una concentración de alcohol que cambia de cero en un extremo a una concentración relativamente elevada en el otro extremo. Durante la expiración la primera porción de aire consiste básicamente en aire de los conductos respiratorios, conteniendo menos alcohol que el aire alveolar. Para propósitos de análisis debe ser el aire alveolar el que se utilice.

A pesar de pertenecer a los conductos respiratorios, el aire expulsado al expirar contiene una cierta proporción de alcohol, debido a la difusión en la saliva y en la mucosidad que reviste boca y tráquea; en ambos casos se trata de líquidos a los que ha llegado, por difusión desde la sangre, alcohol procedente del torrente sanguíneo; siendo no obstante este proceso mucho menos eficiente, debido a la menor superficie en contacto, que el que ocurre en los alvéolos.

Históricamente se han llevado a cabo diferentes investigaciones para determinar la correlación entre las concentraciones en aire y en sangre, tanto in vivo (en pruebas con personas) como in vitro (en pruebas de laboratorio). En su primera etapa la mayoría de estas investigaciones

revelaron que el valor del ratio de correlación entre ambos valores era de 2000:1. En 1.950 Harger, Forney y Barnes llevaron a cabo una serie de experimentos en los que llegaron a la conclusión, eliminando todas las fuentes posibles de errores, de que la relación es de aproximadamente 2100:1.

Para el conocimiento exacto de la concentración de alcohol en aire según la ley de Henry, se requiere que la temperatura del sistema se mantenga constante. Esta condición se cumple en el cuerpo humano donde la temperatura es mantenida dentro de ciertos límites. No obstante hay que tener en cuenta que la temperatura del aire que abandona la boca al espirar es ligeramente menor que la temperatura en el cuerpo. La relación antes mencionada se toma a una temperatura de 34 ºC.

Debe enfatizarse el hecho de que la tasa de distribución está gobernada por factores biológicos. Por lo tanto puede variar de un sujeto a otro y de un momento a otro en el mismo sujeto, el valor que se menciona de correlación entre sangre y aire es por tanto un promedio estadístico.

La tasa adoptada legalmente en España es de 2000:1. Que es la tasa que se adopta en muchos otros países.

2.7. FARMACOLOGIA Y ALCOHOL.

La farmacología puede ser definida como el estudio de las drogas y de su interacción con el cuerpo.

El alcohol se ha definido con frecuencia, erróneamente, como un estimulante, cuando actúa realmente como un depresor del sistema nervioso. La acción depresora del alcohol varía sin embargo en diferentes partes del cerebro, viéndose algunas áreas más afectadas que otras.

El sistema nervioso puede ser considerado como una serie de estratos que se han ido acumulando en el transcurso de la evolución. El primer y más antiguo estrato, la médula espinal y el bulbo raquídeo, controlan las funciones más rudimentarias del cerebro. Cada estrato sucesivo modifica y controla la elaboración realizada por los estratos inferiores sin reemplazarla.

Cuando se administran drogas, tales como el alcohol, parece que las funciones se ven afectadas, comenzando por aquellas controladas por los estratos superiores. Lo primero que parece afectarse es la función más elevada del cerebro, es decir la pérdida de la autoconciencia crítica, del juicio y del razonamiento. La pérdida de estas funciones, a concentraciones bajas de alcohol, es la causante de que pueda considerarse al alcohol como un estimulante. La eliminación de estas funciones inhibitorias produce en efecto una sensación de bienestar. Cuando la concentración de alcohol se va elevando, se van viendo afectadas funciones adicionales, como la

coordinación, y produciéndose otros síntomas característicos de la llamada intoxicación clínica.

Si la concentración de alcohol continúa elevándose, se van viendo afectadas capas sucesivas del sistema nervioso hasta llegar, a muy altas concentraciones, a la pérdida de conciencia por parte del sujeto, que no obstante continúa con sus funciones vitales sostenidas por una capa aún más baja del cerebro. Si la concentración de alcohol sigue elevándose puede llegarse a un cese del funcionamiento de los pulmones y la muerte del sujeto.

Debe observarse, que algunas funciones de algunas partes del cerebro pueden verse afectadas a concentraciones bajas de alcohol, mucho antes de la aparición de síntomas claros de intoxicación etílica. Además de sus efectos en el cerebro el alcohol afecta a otras partes del cuerpo, por ejemplo causa la dilatación de los vasos periféricos produciendo una mayor irrigación de la piel, lo que proporciona un aspecto muy característico a algunas personas cuando beben y que causa la sensación de calentamiento del cuerpo cuando se bebe después de haber pasado frío.

2.7.1. TOLERANCIA.

Es conocido que diferentes personas pueden dar respuestas diferentes ante una dosis dada de alcohol. Es por ello que se ha acuñado popularmente la expresión de "tolerar el alcohol" que debe ser discutida en más profundidad.

En farmacología la expresión "tolerancia", se usa para describir una situación en la cual se necesitan dosis superiores a las normales de una sustancia determinada para obtener la misma respuesta en una persona. Por ejemplo una persona adicta a la morfina puede desarrollar una tolerancia a la droga que haría que sobreviviera a dosis que causarían la muerte a una persona normal.

Aunque las personas difieren en su respuesta al alcohol, es muy dudoso que pueda hablarse de tolerancia en sentido estricto. En este caso las variaciones en las dosis precisas para producir ciertos síntomas en personas diferentes no son de la misma magnitud que por ejemplo en la morfina. La cuestión de la tolerancia al alcohol es pues una cuestión de definición. Se ha sugerido que la resistencia a los efectos del alcohol en bebedores habituales es más bien la experiencia en el encubrimiento de los síntomas que a una tolerancia en el sentido indicado antes.

El término legal de conducción bajo la influencia del alcohol podría ser interpretado como sinónimo de intoxicado o “borracho“. Debe tenerse muy presente que no es preciso presentar unos síntomas claros de borrachera

para tener mermada en proporciones considerables la capacidad de controlar adecuadamente un vehículo.

Muchos expertos en el tema han apreciado la dificultad de comprobar si un sospechoso conduce bajo los efectos del alcohol o está simplemente enfermo; la asociación de médicos británicos hizo sobre el tema la siguiente afirmación contundente:

"Aparte del olor en el aliento, no hay un sólo síntoma debido al consumo de alcohol que no pueda ser encontrado también en algún estado patológico". (Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”)

Se han llevado a cabo numerosas investigaciones para correlacionar la concentración de alcohol en sangre y el grado de intoxicación observado en un sujeto. El resultado de estos estudios muestra marcadas variaciones en la respuesta de diferentes sujetos, diferencias debidas también a los diferentes patrones usados por los investigadores para definir la situación de intoxicación.

Debido a la carencia de un patrón para la determinación del grado de intoxicación y la diferencia de respuesta de diferentes individuos a la concentración de alcohol en la sangre (tolerancia), resulta insuficiente establecer un juicio sobre intoxicación basado solamente en un análisis químico. Estos análisis deberían ser realizados junto con observaciones de conducta realizadas en el momento adecuado. Dentro de los análisis, el más importante es la comprobación de la presencia o ausencia de alcohol en la sangre, que servirá, en caso de ausencia para atribuir los síntomas observados en el conductor si los hubiera, a enfermedad o presencia de alguna otra droga.

La legislación no puede tener en cuenta las variaciones de respuesta entre diferentes sujetos, pero si puede establecer un nivel por encima del cual el número de conductores incapacitados para conducir sea suficiente como para considerarlo un nivel de seguridad.

2.8. TEORIA DEL ANALISIS DE ALCOHOLEMIA.

El alcohol etílico es detectable en el aliento porque se absorbe por la boca, la garganta, el estómago y los intestinos al torrente sanguíneo. Cuando fluye sangre por los pulmones, parte del alcohol atraviesa las membranas de diminutos bolsones de aire pulmonar (alvéolos) pasando al aire. La concentración de alcohol en el aire alveolar es proporcional al alcohol presente en la sangre. A medida que se exhala el alcohol en el aire alveolar, puede analizarse con un dispositivo de análisis del contenido de alcohol en el aliento. En lugar de tomarle una muestra de sangre a un sujeto para analizar su nivel de alcohol, se puede analizar el aliento del sujeto

utilizando un aparato que analiza el alcohol en el aliento. Dado que la concentración de alcohol en el aliento es proporcional a la concentración de alcohol en la sangre (CAS) o alcoholemia, puede calcularse la CAS midiendo el contenido de alcohol en el aliento. La relación de alcohol en el aliento a alcohol en la sangre es de 2000:1. Esto significa que 2000 mililitros de aire alveolar contienen la misma cantidad de alcohol que 1 mililitro de sangre. Este concepto lo establece claramente la Ley de Henry, la cual estipula que la concentración de una sustancia volátil en el aire sobre un líquido es proporcional a la concentración de la sustancia volátil en el líquido.

Al realizar un análisis de alcohol en el aliento, es necesario analizar una muestra de aire alveolar o profundo de los pulmones. Si la muestra no se basa en el aire profundo de los pulmones, el análisis podría diluirse con aliento que tenga una concentración menor de alcohol de las vías respiratorias superiores. Esto daría como resultado un análisis óptimo. Por consiguiente, los analizadores de alcohol en el aliento indicados en la Lista de Conformidad de Productos de Dispositivos Analizadores para Medir el Alcohol en Fluidos Corporales de la Administración Nacional de Seguridad del Tránsito en Carreteras (NHTSA) del Departamento de Transportes (DOT), comúnmente tienen protocolos que exigen que el sujeto entregue al menos 1.5 litros, o sople continuamente dentro de la unidad (5) segundos, como mínimo.1 De lo contrario, el análisis puede interrumpirse o marcarse como inaceptable.

2.9. INSTRUMENTACION

2.9.1. ADC 0808

El convertidor ADC0808 es un componente para la adquisición de datos, este circuito CMOS tiene un convertidor analógico-digital de 8 bits, un multiplexor de 8 canales y una lógica de control que lo hace compatible con todos los microprocesadores. Para la conversión utiliza el método de aproximaciones sucesivas. Este dispositivo ofrece gran velocidad, gran exactitud, mínima dependencia a la temperatura, excelente perceptibilidad y un consumo mínimo de energía, por lo tanto lo hace un dispositivo ideal en aplicaciones de control y de automotores. Las características del ADC0808 son:

- Opera radiométricamente, con 5VDC o con un voltaje de referencia ajustable como span analógico.

- No requiere ajuste a cero ó a escala completa.- Tiempo de acceso de 135 nseg. - 8 bits de resolución.- Tiempo de conversión de 100 mseg. - Fácil interface con todos los microprocesadores.

http:// www.todoexpertos.com/categorias/ ciencias-e-ingenieria/ingenieria- electronica/respuestas/456144/adc0808

2.9.2. AT89C52

Todos los modelos de la familia 51 ejecutan el mismo conjunto de instrucciones. Estas instrucciones están optimizadas para el control de aplicaciones en 8 bits. Están provistas de una buena variedad de modos de direccionamiento para acceder a la memoria RAM de datos internos del microcontrolador, facilitando operaciones del tipo byte sobre una pequeña estructura de datos. Permiten la manipulación directa de control y procesamiento booleano de estructuras de datos del tamaño de un bit. En esta breve introducción se estudiaran los modos de direccionamiento y el juego de instrucciones agrupadas por especialidades de esta manera:

- Instrucciones aritméticas.

· Instrucciones lógicas.· Instrucciones para la transferencia de datos en:

a) RAM interna. b) RAM externa.

· Instrucciones para el tratamiento de tablas. · Instrucciones booleanas. · Instrucciones de salto

http://at89c52.blogspot.com/

2.9.3. MQ-3 sensor de gas

El MQ-3 es un sensor de alcohol en forma de gas, es de fácil uso y sus aplicaciones se extienden para aquellos que quieran detectar el nivel de alcohol en la sangre, este dispositivo funciona a la perfección después de calibrarlo con los métodos adecuados.

http://nootropicdesign.com/projectlab/2010/09/17/arduino-breathalyzer/API

CAPITULO III. INGENIERIA DEL PROYECTO.

3.1. Diseño del HardwareEl hardware estará compuesto inicialmente por el sensor de alcohol en gas MQ-3, el

cual estará conectado a un ADC 0808 el cual codificara la señal analógica emitida por el sensor para transformarla en una señal digital de 8 bits que llegara a dar la información necesaria al microcontrolador (ATMEL 89C52), que será usado para procesar este dato, y transformarlo en letras y números que serán expresados mediante una pantalla LCD matricial de 16 X 2 líneas para la correcta interpretación de los datos por las personas que utilicen este equipo.

CAPITULO III

INGENIERIA DEL

PROYECTO

3.1.1. Instalación del sensor MQ-3 con el ADC 0808

Sensor de alcohol en gas MQ-3

ADC 0808

Microcontrolador ATMEL 89C52

Pantalla LCD 16 X 2 caracteres

Se encarga de convertir la cantidad de alcohol en el aire en una señal análoga.

Convierte la señal analógica en una señal digital para enviarla al microcontrolador.

Recibe los datos digitales y realiza los procesos previamente programados en el para enviar caracteres comprensibles a la pantalla LCD.

Muestra los datos del sensor ya procesados para la correcta comprensión de las personas que tengan acceso al uso del equipo.

OUT1 21

ADD B24

ADD A25

ADD C23

VREF(+)12VREF(-)16

IN31IN42IN53IN64IN75

START 6

OUT5 8

EOC 7

OE 9

CLOCK 10

OUT2 20

OUT7 14

OUT6 15

OUT8 17

OUT4 18

OUT3 19

IN228

IN127

IN026

ALE22

ADC0808

45%

1k

U2(CLOCK)98.0

3

1

VOUT 2

U?

LM35

En esta etapa en sensor MQ-3 manda datos de manera análoga al ADC 0808 para que este los codifique a una salida digital para ser enviada al microcontrolador ATMEL 89C52.

3.1.2. Circuito 555 para generar las señales del clock para el ADC 0808R

4

DC

7

Q3

GND1

VCC8

TR

2T

H6

CV

5

555

0.01uF

0.01uF1k

1k

20k

Este circuito genera una señal de 10 KHz para el correcto funcionamiento del ADC 0808 que funciona con la señal del clock.

3.1.3. Botón de inicio de la toma de datos.

XTAL218

XTAL119

ALE30

EA31

PSEN29

RST9

P0.0/AD039

P0.1/AD138

P0.2/AD237

P0.3/AD336

P0.4/AD435

P0.5/AD534

P0.6/AD633

P0.7/AD732

P1.0/T21

P1.1/T2EX2

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P3.0/RXD10

P3.1/TXD11

P3.2/INT012

P3.3/INT113

P3.4/T014

P3.7/RD17

P3.6/WR16

P3.5/T115

P2.7/A1528

P2.0/A821

P2.1/A922

P2.2/A1023

P2.3/A1124

P2.4/A1225

P2.5/A1326

P2.6/A1427

AT89C52

150

150

Mediante la instalación de este botón se podrá dar lugar a que mediante la activación del mismo se comience a tomar los datos.

3.1.4. Instalación del ATMEL 89C52.

XT

AL2

18

XT

AL1

19

AL

E30

EA

31

PS

EN

29

RS

T9

P0

.0/A

D0

39

P0

.1/A

D1

38

P0

.2/A

D2

37

P0

.3/A

D3

36

P0

.4/A

D4

35

P0

.5/A

D5

34

P0

.6/A

D6

33

P0

.7/A

D7

32

P1

.0/T

21

P1

.1/T

2E

X2

P1

.23

P1

.34

P1

.45

P1

.56

P1

.67

P1

.78

P3

.0/R

XD

10

P3

.1/T

XD

11

P3

.2/IN

T0

12

P3

.3/IN

T1

13

P3

.4/T

014

P3

.7/R

D17

P3

.6/W

R16

P3

.5/T

115

P2

.7/A

1528

P2

.0/A

821

P2

.1/A

922

P2

.2/A

1023

P2

.3/A

1124

P2

.4/A

1225

P2

.5/A

1326

P2

.6/A

1427

33p33p

150

RESET

En este circuito se puede apreciar la correcta configuración del microcontrolador ATMEL 89C52, y las 8 salidas que van hacia el LCD.

3.1.5. Pantalla LCD de 16 X 2 caracteres.

D7

14D

613

D5

12D

411

D3

10D

29

D1

8D

07

E6

RW

5R

S4

VS

S1

VD

D2

VE

E3

LM032L

0

En esta figura se puede observar la conexión de la pantalla LCD.

3.1.6. Diseño del circuito completo.

3.2. Diseño del Software

D714

D613

D512

D411

D310

D29

D18

D07

E6

RW5

RS4

VSS1

VDD2

VEE3

LM

032

L

OU

T1

21

AD

D B

24

AD

D A

25

AD

D C

23

VR

EF

(+)

12V

RE

F(-

)16

IN3

1IN

42

IN5

3IN

64

IN7

5

ST

AR

T6

OU

T5

8

EO

C7

OE

9

CL

OC

K10

OU

T2

20

OU

T7

14

OU

T6

15

OU

T8

17

OU

T4

18

OU

T3

19

IN2

28

IN1

27

IN0

26

ALE

22

AD

C0

808

45%

1k

XTAL218

XTAL119

ALE30

EA31

PSEN29

RST9

P0.0/AD039

P0.1/AD138

P0.2/AD237

P0.3/AD336

P0.4/AD435

P0.5/AD534

P0.6/AD633

P0.7/AD732

P1.0/T21

P1.1/T2EX2

P1.23

P1.34

P1.45

P1.56

P1.67

P1.78

P3.0/RXD10

P3.1/TXD11

P3.2/INT012

P3.3/INT113

P3.4/T014

P3.7/RD17

P3.6/WR16

P3.5/T115

P2.7/A1528

P2.0/A821

P2.1/A922

P2.2/A1023

P2.3/A1124

P2.4/A1225

P2.5/A1326

P2.6/A1427

33p

33p

150

RE

SE

T

U2

(CL

OC

K)

98

.0 3

1 VO

UT

2

U?

LM

35

0

El software estará diseñado para la detección del dato que mande el sensor pero que ya este transformado en una señal digital para que pueda ser analizada; el programa tomara el dato durante 5 segundos desde que se pulse el botón de inicio y tomara el valor máximo detectado por el sensor para señalar el grado alcohólico que tiene la persona; mientras no se pulse el botón de inicio el programa estará en un ciclo constante de espera.

El programa tomará el valor digital del sensor y convertirá los datos a niveles del contenido de alcohol en sangre (BAC) por las siglas en inglés, los cuales podrán ser visualizados en la pantalla LCD y con ayuda del manual, el usuario podrá saber realmente con que niveles de alcohol se encuentra la persona a la que se esté realizando el examen.

Botón de inicio Si no se pulsa (ciclo de espera)

Si se pulsa

Activa la toma de datos por 5 segundos

Detecta el valor máximo para convertirlo en niveles BAC

Manda el dato a la pantalla LCD

CAPITULO IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y

RECOMENDACION

ES

4.1. CONCLUSIONES

Mediante el sistema implementado para medir la saturación de alcohol en la sangre a través del aliento, se puede ver que de manera eficaz y no invasiva se puede detectar con certeza los niveles de alcohol en la sangre de una manera más sencilla, más rápida y de una manera más económica.

Con este sistema se pude determinar los niveles de alcohol en la sangre de una manera inmediata, pero se debe ser cuidadoso en la toma de datos porque una mala medición también es factible ya que para tener la medición correcta del contenido de alcohol en la sangre a través del aliento la persona que se esté realizando este examen tiene que exhalar casi todo el aire de los pulmones porque es este aire alveolar el que contiene el porcentaje real de concentración de alcohol en la sangre.

Para la correcta medición y calibración también es importante realizar varias mediciones con muestras ya conocidas de alcohol para así calibrar correctamente el sensor, ya que este también puede variar en pequeña proporción con la temperatura del ambiente.

4.2. RECOMENDACIONES

Al utilizar el sensor de alcohol en gas MQ-3 se debe tener bastante cuidado en la calibración del mismo ya que puede presentar variaciones de acuerdo al voltaje de referencia que se use en el ADC 0808.

El sensor para un óptimo funcionamiento deberá estar conectado con una resistencia de 10KΩ en paralelo entre la tierra del sensor y la salida del mismo.

Se debe tener bastante cuidado en los primeros funcionamientos del sensor, ya que cuando el sensor es nuevo varía mucho la salida que entrega de acuerdo al tiempo de precalentado que se le da.

El sensor por lo menos debe estar calentando 20 minutos antes de poder usarlo óptimamente, ya que si no está a una temperatura adecuada, este nos proporcionara datos erróneos.

Para la correcta calibración del sensor es recomendable usar muestras conocidas de alcohol etílico, en concentraciones que varíen desde los 0,02% al 0.42%, ya que serán estos rangos los que se utilizan para detectar los niveles nocivos de alcohol en la sangre a través del aliento.

Para que el sensor nos brinde datos correctos en la decodificación que será a través del ADC 0808 es recomendable usar 5 Voltios en el voltaje de referencia del mismo ya que este voltaje de referencia será con el que mejor trabaje el ADC 0808 en la decodificación de los datos que está enviando el sensor.

CAPITULO V. BIBLIOGRAFIA.

CAPITULO V

BIBLIO

5. BIBLIOGRAFIA.

LIBROS

- TOCCI, Ronald J. Sistemas Digitales. principios y aplicaciones. México: PEARSON EDUCACIÓN, 2007, 10ma. Edic.

- FLOYD, Thomas L. Fundamentos de sistemas digitales. Madrid: PEARSON Prentice Hall, 2006, 9na. Edic.

- Bailey, William J., Drug Use in American Society, 3ra ed., Minneapolis: Burgess, 1993.

MANUALES

- Dräger, safety “Manual de análisis de alcohol en el aire espirado”

- AlcoHAWK “Manual de precisión”

- Prueba de alcohol desarrollado por el departamento de policía de Denver, Colorado.

WEBs

- http://www.bg.profes.net/especiales2.asp?id_contenido=36801 (19 de marzo de 2011).

- http://health.pubkicks.com/es/a-history-of-breath-alcohol-analyzers/242/ (20 de marzo).

- http://dui.lifetips.com/es/cat/64006/bac-concentraci-n-de-alcohol-en-la-sangre/index.html (20 de marzo de 2011).

- http://en.wikipedia.org/wiki/Blood_Alcohol_Content (17 de abril de 2011).

- http://www.pololu.com/file/0J310/MQ3.pdf (25 de abril de 2011).

- http://www.servitrafico.es/archivos/ANALISIS_ALCOHOL_DRAGUER.pdf (25 de abril de 2011).

- http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/3ESO/diges/contenidos8.htm (2 de mayo de 2011).

CAPITULO VI

ANEXOS