Как найти площадь шприца

2018-01-27   

Площадь поршня в шприце $S_{1} = 1,2 см^{2}$, а площадь отверстия $S_{2} = 1 мм^{2}$. С какой скоростью и сколько времени будет вытекать их шприца жидкость, плотность которой равна $rho$, если ход поршня $l = 4 см$ и на него действуют с силой $F = 5 Н$? Шприц расположен горизонтально.

Решение:

Объем жидкости, вытекающей из шприца равен объему шприца $S_{1}l = S_{2}v_{2}t$, где $v_{2}$ – скорость вытекания жидкости.

Тогда $t = frac{S_{1}l}{S_{2}v_{2}}$. Скорость $v_{2}$ найдем из уравнения Бернулли

$p_{1} + rho gh_{1} + frac{ rho v_{1}^{2}}{2} = p_{2} + rho gh_{2} + frac{ rho v_{2}^{2}}{2}$. (1)

Шприц горизонтален $h_{1} = h_{2}, p_{1} = frac{F}{S_{1}} + p_{атм}; p_{2} = p_{атм}$,

следовательно, из (1) $frac{F}{S_{1}} + frac{ rho v_{1}^{2}}{2} = frac{ rho v_{2}^{2}}{2}$. (2)

Из условия неразрывности потока жидкости $S_{1}v_{1} = S_{2}v_{2}$ получим $v_{1} = frac{S_{2}v_{2}}{S_{1}}$. Тогда (2) принимает вид

$frac{F}{S_{1}} + frac{1}{2} rho frac{S_{2}^{2}}{S_{1}^{2}} v_{2}^{2} = frac{1}{2} rho v_{2}^{2}$, отсюда $v_{2} = sqrt{ frac{2FS_{1}}{ rho (S_{1}^{2} – S_{2}^{2})}}$, следовательно,

$t = frac{S_{1}l}{S_{2}} sqrt{ frac{ rho (S_{1}^{2} – S_{2}^{2})}{2FS_{1}}} = frac{S_{1}l}{S_{2}} sqrt{ frac{ rho S_{1}}{2F} left [ 1 – left ( frac{S_{2}}{S_{1}} right )^{2} right ] }$.

Так как $S_{2} ll S_{1}$, то слагаемым $left ( frac{S_{2}}{S_{1}} right)^{2}$ можно пренебречь, в результате чего получим $t = frac{S_{1}l}{S_{2}} sqrt{ frac{ rho S_{1}}{2F}} = 0,52 с$.

Стерильные
одноразовые пластмассовые шприцы – это
медицинские изде­лия, используемые
для непосредственного введения
инъекционных лекарствен­ных средств.
Они должны быть стерильными и свободными
от пирогенных ве­ществ, не подвергаются
повторной стерилизации и повторному
использованию. Шприцы состоят из
цилиндра и поршня, который может быть
снабжен эластичным уплотнительным
кольцом; могут комплектоваться иглой,
которая может быть не­съемной. Каждый
шприц должен быть индивидуально упакован
для обеспечения стерильности.

Цилиндр
шприца должен быть прозрачным для
обеспечения точности дози­рования,
а также контроля отсутствия пузырьков
и посторонних частиц.

Пластмассовые
и эластичные материалы для производства
цилиндров и поршней должны соответствовать
определенной спецификации или требованиям
компетентного уполномоченного органа.
Наиболее часто используемые материа­лы
– полипропилен и полиэтилен. Шприцы
должны соответствовать действующим
на данный момент стандартам размеров
и эксплуатационных характеристик.

На
внутреннюю стенку шприца для обеспечения
плавной работы поршня мо­жет наноситься
масло силиконовое (3.1.8),
но
в количестве, не допускающем за­грязнение
содержимого в процессе использования.

Чернила,
краска и клей, используемые для маркировки
шприцев, нанесения надписи на упаковку,
а также, если необходимо, на комплекты
шприц / упаковка, не должны проникать
через стенку шприцев.

ИСПЫТАНИЯ

Раствор
S.
Раствор
готовят таким образом, чтобы предотвратить
его загряз­нение посторонними
частицами. Используя достаточное
количество шприцев для получения 50 мл
раствора, наполняют их до номинального
объема водой
для инъекций Р и
выдерживают при температуре 37⁰С
в течение 24 ч. Объединяют содержимое
шприцев в емкость из боросиликатного
стекла.

Внешний
вид раствора. Раствор
S
должен быть прозрачным (2.2.1),
бес­цветным
(2.2.2.,
Метод II) и
свободным от посторонних твердых
частиц.

Кислотность
или щелочность. К
20 мл раствора
S
прибавляют 0,1 мл рас­твора бромтимолового
синего Р1. Для
изменения окраски индикатора должно
по­требоваться не более 0,3 мл 0,01
М раствора натрия гидроксида или
0,01
М раствора кислоты хлористоводородной.

Оптическая
плотность (2.2.25).
Оптическая
плотность раствора
S
в диапа­зоне длин волн от 220 нм до 360
нм не должна превышать 0,40.

Этиленоксид.
Если
на этикетке указано, что для стерилизации
использовал­ся этиленоксид, то его
содержание, определенное нижеописанным
методом, не должно превышать 10
ppm.
Определение проводят методом газовой
хроматогра­фии (2.2.28).

Условия
хроматографирования:

• колонка
  из нержавеющей стали длиной 1,5 м, с
  внутренним диаметром 6,4 мм, заполненная
  сорбентом диатомит
  силанизированный для газовой
  хроматографии Р, импрегированным
  макроголем
  1500 Р (3
  г на 10 г),

• газ-носитель
  – гелий
  для хроматографии Р;
  скорость
  газа-носителя -20 мл/мин;

• детектор
  пламенно-ионизационный;

• температура
  колонки – 40⁰С;

• температура
  блока ввода проб – 100⁰С;

• температура
  детектора – 150⁰С.

Проверяют
отсутствие пиков, выходящих одновременно
с пиком этиленокси-да, проводя в следующих
условиях хроматографирования испытание
на несте­рильных шприцах:

• колонка
  из нержавеющей стали длиной 3 м, с
  внутренним диаметром 3,2 мм, заполненная
  сорбентом диатомит
  силанизированный для газовой
  хроматографии Р, импрегированным
  трисцианоэтоксипропаном
  Р (2
  г на 10 г),

• газ-носитель
  – гелий
  для хроматографии Р; скорость
  газа-носителя -20 мл/мин;

• детектор
  пламенно-ионизационный;

• температура
  колонки – 60⁰С;

• температура
  блока ввода проб – 100⁰С;

• температура
  детектора – 150⁰С.

Раствор
этиленоксида. Готовят
в вытяжном шкафу. Во флакон вместимо­стью
50 мл помещают 50,0 мл диметилацетамида
Р, укупоривают,
закрепляют пробку и взвешивают с
точностью до 0,1 мг. Полиэтиленовый или
полипропилено­вый шприц вместимостью
50 мл наполняют газообразным этиленоксидом
Р, ос­тавляют
газ в контакте со шприцем в течение 3
мин, освобождают шприц от со­держимого
и снова наполняют его 50 мл газообразного
этиленоксида
Р. Присое­диняют
к шприцу гиподермальную иглу и уменьшают
объем газа в шприце от 50 мл до 25 мл.
Медленно вводят эти 25 мл во флакон,
аккуратно встряхивая и пре­дотвращая
контакт между иглой и жидкостью. Снова
взвешивают флакон: увели­чение массы
должно составлять от 45 мг до 60 мг, эта
величина используется для расчета
точной концентрации раствора (около 1
г/л).

Градуировочный
график. В
серию из семи флаконов аналогичных
флакону для испытания, содержащих по
150 мл диметилацетамида
Р, помещают
соот­ветственно 0 мл, 0,05 мл, 0,10 м, 0,20
мл, 0,50 мл, 1,00 мл и 2,00 мл раствора
эти-леноксида. Полученные таким образом
растворы содержат 0 мкг, 50 мкг, 100 мкг,
200 мкг, 500 мкг, 1000 мкг и 2000 мкг этиленоксида.
Флаконы укупоривают, закреп­ляют
пробки и помещают в сушильный шкаф при
температуре (70±1)⁰С
на 16 ч. Отбирают из каждого флакона по
1 мл горячего газа, вводят в колонку, по
высоте полученных пиков и содержанию
этиленоксида в каждом флаконе строят
градуи-ровочный график.

Испытание.
После
удаления упаковки взвешивают шприц.
Разрезают его на части с максимальным
размером стороны 1 см, которые помещают
во флакон вместимостью от 250 мл до 500
мл, содержащий 150 мл диметилацетамида
Р. Укупоривают
флакон и закрепляют пробку. Помещают
флакон в сушильный шкаф с температурой
(70±1)⁰С
на 16 ч. Отбирают из флакона 1 мл горячего
газа и вво­дят в колонку. Содержание
этиленоксида вычисляют, используя
градуировочный график по высоте
полученных пиков.

Масло
силиконовое. Вычисляют
площадь внутренней поверхности шприца
(см²)
по формуле:

2л/
V
■ л
■
h

^где,
₃
V
– номинальный объем шприца, см³,
h
– высота градуировки, см.

Берут
достаточное количество шприцев для
обеспечения площади внутрен­ней
поверхности то 100 см²
до 200 см².
В каждый шприц вводят количество
мети­ленхлорида
Р ,
равное половине его номинального
объема, и доводят объем до номинального
воздухом. Промывают внутреннюю стенку,
соответствующую номи­нальному объему
шприца растворителем, путем переворачивания
его 10 раз, за­крывая элемент для
присоединения иглы пальцем, покрытым
пластмассовой пленкой, инертной к
метиленхлориду. Собирают экстракты в
предварительно вы­сушенную до
постоянной массы и взвешенную чашку и
повторяют операцию. Вы­паривают
объединенные экстракты досуха на
водяной бане. Высушивают при температуре
(100-105)⁰С
в течение 1 ч. Масса полученного остатка
не должна превышать 0,25 мг на 1 см²
площади внутренней поверхности.

Инфракрасный
спектр (2.2.24)
полученного
остатка должен иметь максимумы при
волновых числах, соответствующих маслу
силиконовому: 805 см^-1,
1020 см^-1,
1095 см^-1,
1260 см^-1
и 2960 см^-1.

Восстановители.
К
20,0 мл раствора
S
прибавляют 2 мл кислоты
серной Р и
20,0 мл 0,002
М раствора калия перманганата. Кипятят
в течение 3 мин и сра­зу охлаждают.
Прибавляют 1 г калия
иодида Р и
титруют 0,01
М раствором на­трия тиосульфата,
используя
в качестве индикатора 0,25 мл раствора
крахма­ла Р. Параллельно
проводят контрольный опыт, используя
20,0 мл воды
для инъекций Р. Разность
между объемами титранта не должна
превышать 3,0 мл.

Прозрачность.
Наполняют
один шприц водой
Р (контрольный
опыт), другой шприц – суспензией с
первичной мутностью (2.2.1),
разведенной
1:10. Суспензию с первичной мутностью
предварительно выдерживают при
температуре (20±2)⁰С
в течение 24 ч. При сравнении невооруженным
глазом в рассеянном свете на тем­ном
фоне должна быть заметна мутность
суспензии.

Стерильность
(2.6.1).
Если указано, что шприцы должны быть
стериль­ными, для них проводят
испытание на стерильность следующим
образом. В
асептических условиях вскрывают
упаковку, вынимают шприц, разбирают
его по частям и помещают каждую часть
в емкость, содержащую достаточное
количест­во питательной среды для
полного погружения шприца. Используют
обе рекомен­дованные среды (2.6.1)

Если
указано, что шприцы должны быть
стерильными только изнутри, для них
проводят испытание на стерильность
следующим образом. Для
каждо­го из испытуемых шприцев
используют 50 мл питательной среды. В
асептических условиях снимают защитный
колпачок с иглы и погружают иглу в
питательную среду. Промывают шприц
пять раз с помощью положения поршня,
которое обес­печивает максимально
возможный уровень наполнения.

Пирогенные
вещества (2.6.8).
Шприцы,
имеющие номинальный объем, рав­ный
или более 15 мл, должны выдерживать
испытание на пирогенность. Не менее 3
шприцев наполняют до номинального
объема свободным от пирогенных ве­ществ
раствором 9 г/л натрия
хлорида Р
и выдерживают при температуре 37⁰С
в течение 2 ч. В асептических условиях
объединяют растворы в емкость, свободную
от пирогенных веществ, и выполняют
испытание немедленно, используя на 1
кг массы каждого кролика 10 мл раствора.

МАРКИРОВКА

На
этикетке упаковки указывают:

• номер
  серии,

• описание
  шприца,

• «только
  для одноразового использования».

На
этикетке вторичной упаковки указывают:

• метод
  стерилизации,

• «стерильно»
  или «стерильно только изнутри»,

• информацию
  о производителе,

• «не
  использовать шприц при нарушении
  упаковки и стерильности».

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

  05.02.201612.65 Mб74GF_RB_3_tom_final.docx
• #
• #
• #
• #

1
– корпус; 2 – поршень; 3 – носик; 4 – канюля; 5 – трубка иглы

Рисунок
2 – Расчетная схема проточного тракта медицинского шприца объемом 20 мл

ζ ₁ – переход из
шприца в носик;                                   ζ ₁= 0,9801

ζ ₂ – переход из
носика в канюлю;                                 ζ ₂ = 0,3750

ζ ₃ – переход из
канюли в иглу;                                      ζ ₃ = 0,9216

ζ ₄ – переход из иглы
в ткани;                                        ζ ₄ = 1

ζ ₅ – сопротивление
иглы.                                               ζ ₅ = 0,9216

Анализ работы шприца и его эскиза позволил
установить, что расчетная схема включает следующие гидравлические сопротивления,
подлежащие определению.

1 
Переход
 от D_ц к
d_нос
–– внезапное сужение;

2 
Переход
от d_нос к
d_кон
–– внезапное расширение;

3 
Переход
от d_кон к
d_и –– внезапное
сужение;

4 
Переход
от d_и в пациента;

5 
При
течении жидкости в игле –– потери по длине иглы.

Анализ геометрии шприца позволяет
установить следующие расчетные его параметры, которые сводим в таблицу 1.

Таблица
1 – Основные геометрические параметры шприца объемом 20 мл

Vш,	Размеры по эскизу	Эксперимент
Шприц	Игла	Время инъекции , c	Объемный расход Q,  м3/с
Vном	Vрасч	Dц мм	dкан мм	dнак мм	dи* мм	lи* мм
20,0	21,04	20	4,0	2,0	0,8	38	53

*задано
преподавателем, все диаметры внутренние

3 Определение
коэффициентов местных сопротивлений по длине тракта

Расчет
указанных выше местных сопротивлений выполняем по следующему алгоритму.

3.1
Вычисляем площади проходных сечений элементов гидропривода

                                      (6)            
              

3.2 Вычисляем коэффициенты местных
сопротивлений по следующим формулам [1,2]:

3.2.1
Для
внезапного сужения:

,
                                                  (7)

где     ––
меньшая площадь проходного сечения элемента, мм²;

––
большая площадь проходного сечения элемента, мм²

3.2.2 Для
внезапного расширения:

                                               (8)

3.3 Вычисление
коэффициента потерь давления по длине иглы

3.3.1 Вычисляем
расход в гидравлическом тракте «шприц – игла»

,       
                                    (9)

где
     ––
расчётный объём шприца, см³;

––
экспериментальное время инъекции, с.

3.3.2 Вычисляем
скорости потока в каждом элементе тракта

                                               (10)

 

3.3.3 Вычисляем
число Рейнольдса в игле  

,    
                            (11)

где     ––
скорость потока в элементе;

d –– диаметр проходного
сечения элемента;

––
кинематический коэффициент вязкости, принимаем  

Анализ
величин чисел Рейнольдса показывает, что гидравлическим сопротивлением тракта
шприц-игла является сопротивление иглы, которое и будем учитывать в дальнейших
расчетах.

Тогда
отсюда следует, что режим течения в игле ламинарный.

3.3.4 Вычисляем
коэффициент Дарси для сопротивления иглы

                                           (12)

3.3.5
Вычисляем коэффициент  потерь по длине иглы

            
                               (13)

4
Определение потерь давления в гидравлическом тракте «шприц – игла»

Предварительные
расчеты показали, что гидравлические потери в канюле и наконечнике шприца
ничтожно малы по сравнению с потерями в игле. Поэтому они и будут определяющими
при расчете усилия пальца.

Вычисляем
общее сопротивление тракта «шприц – игла», учитывая, что местными сопротивлениями
по сравнению с сопротивлениями можно пренебречь, по формуле [1,2]

                                         (14)

5
Вычисление усилия для преодоления гидравлического сопротивления тракта

Вычисляем
усилие на штоке шприца, обусловленное сопротивлением иглы, пренебрегая силами
трения, по формуле

                                                                          (15)

Тогда усилие
пальца медработника при инъекции составляет

      
                                                       (16)

Вывод: Расчётный шприц
удовлетворяет требования эргономики.

СПИСОК
Использованной литературы

1 
Гидравлика, гидромашины и
гидроприводы: Уч. для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. М. Машиностроение,
1982.

2 
Идельчик И.Е.
Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Госэнергоиздат, 1992.

3 
Федорец В.А. и др.
Гидроприводы и гидропневмоавтоматика станков.
К.: Техніка, 1987.

4 
Методические указания к расчетно-проектным и практическим работам
по курсу “Автоматизация и механизация средствами ГПА” для студентов
специальности 7.090209 “Гидравлические и пневматические машины”
дневной и заочной формы обучения. «Расчет пневматических и
гидравлических элементов, узлов и устройств. Расчет пневмо- и гидроприводов»
/ сост. В. В. Седач.  Харьков, НТУ”ХПИ”, 2007.

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание – внизу страницы.

Наконечники двух одинаковых шприцев соединили с помощью короткой резиновой трубки. Первоначально объём воздуха в каждом из шприцев составлял V=10 мл, давление внутри системы равнялось атмосферному давлению P0=100 кПа. Площадь поперечного сечения шприца составляет S=2.7 см2. Удерживая корпусы шприцев неподвижными, на поршень шприца №1 начинают давить так, чтобы он начал очень медленно перемещаться с постоянной скоростью. На поршень шприца №2 при этом никакие дополнительные воздействия не оказываются. В момент времени, когда объём воздуха в шприце №1 составлял V1=7 мл, объём воздуха в шприце №2 составлял V2=11 мл.

Как изменялось положение поршня шприца №2 с момента начала движения поршня №1?

Всё время двигался с постоянной скоростью

Некоторое время оставался неподвижным, затем начал двигаться с переменной скоростью

Сразу пришёл в движение, скорость менялась в процессе движения

Некоторое время оставался неподвижным, затем начал двигаться с постоянной скоростью

Чему равнялось давление внутри шприцев в указанный момент времени? Ответ выразите в килопаскалях, округлите до сотых.

Чему равняется сила трения, действующая на поршни шприцев? Ответ выразите в ньютонах, округлите до сотых.

Arnfinn ответил на вопрос 16.05.2022