Mecánica de las muletas






Biomecánica



Francisco A. Treviño Acosta



Utilice los datos de una persona del equipo.
Una persona utiliza un par de muletas. 20% Evaluar las fuerzas que se ejercen en los extremos de las muletas cuando estas están formando un ángulo de 20 grados con la vertical y situadas 40 cm de la línea media de la persona. El sujeto está apoyado en unapierna situada en la línea media y formando un ángulo de 15 grados con la vertical.
(20%) Seleccione un factor de seguridad de 10 es decir considere las fuerzas aplicadas sobre la muleta iguales a 10 veces la encontrada. Con estos valores encuentre las fuerzas en los segmentos (A, B, C, D) y los tornillos correspondientes
30% Seleccione el material las dimensiones del mismo para quesoporten los esfuerzos generados
30% asuma que se aplica una fuerza horizontal en el segmento C de un valor de 300N, permaneciendo el sistema en equilibrio. Evalúe los máximos esfuerzos producidos por el momento de flexión presente.

Durante este trabajo hemos realizado análisis para el diseño de unas muletas tomando en cuenta materiales, dimensiones y peso de la persona.
A través de estoscálculos hemos podido revisar las diferentes opciones que se tienen en el aspecto ingenieril en cuanto a la elección de material.
Primero empezamos a ver si se tomaban en cuenta los 15 grados de inclinación que tiene la persona, ya que prácticamente con esto la persona está apoyada en una sola muleta, dejando la otra prácticamente al aire. También revisamos el problema tomando en cuenta a la personaparada en un solo pie y junto con las 2 muletas. En estos casos, la repartición del peso de la persona es de 50% en el pie apoyado y el otro 50% en las muletas. De este 50% de las muletas, encontramos en un artículo llamado “Biomechanical Evaluation of Crutch Design Variations” elaborado por Adriana Segura de McNair Scholar en Penn state, que la repartición ideal es de 44% la fuerza que se apoyala mano en el punto C y 6% en la zona axilar en A.



De esta forma obtenemos los siguientes cálculos:
sen 20 = (40/h)
h = 109.9 cm
m=116.95 cm
(70 kg /4) = 17.5 kg (una muleta)
Cos20 = (171.7 N / X) X = (171.7/cos20)
W= 182.69 N
radio tornillos = 3 mm. Area = 0.000028 m2 Fc = (182.69)*88% Fc = 160.767 N
τc = Fc/2A (2 porque son 2 tornillos)
τc= (160.767)/2(0.000028) τc=2.87084 Mpa

Fa = (182.69) * 12% Fa = 21.92 N τa = 21.92 / 2*0.000028 τa = 0.319429 Mpa

Radio tornillos = 3mm Area = (0.003)2 π = 0.000028 m2 Fb= 182.69 N
τb = 182.69 / 4*0.000028 (4 porque son 4 tornillos) τb = 1.63116 MPa

AD = (10 mm2 - 9 mm2 )π = (0.000019)π = 0.00006 m2
Fd = 182.69 N σd = 182.69/A σd = 3.04483 MPa


Estos cálculos son acerca de los esfuerzos ejercidos enla muleta cuando una persona está sobre un pie y las 2 muletas.
Si tomamos en cuenta que la persona está inclinada 15° sobre una de las piernas, una de las muletas prácticamente está sobre el aire. De esta forma prácticamente la mitad del peso de la persona cae sobre una de las muletas, obteniéndose los siguientes resultados:
Fc = 160.767 N * 2 = 321.534 N τc= 2.87084 Mpa *2 = 5.74168 MPa
Fa= 21.92 N * 2 = 43.84 N τa = 0.319429 Mpa *2 = 0.638858 MPa
Fb= 182.69 N * 2 = 365.38 N τb = 1.63116 MPa *2 = 3.26232 MPa
Fd = 182.69 N * 2 = 365.38 N σd = 3.04483 MPa *2 = 6.08966 MPa

Teniendo los resultados de los esfuerzos sobre las muletas, aplicamos el factor de seguridad de 10 y obtenemos los siguientes resultados.

Fc * 10Fs = 1607.67 N τc *10 = 28.7 MPa
Fa * 10Fs =21.92 N τa *10 = 3.914 MPa
Fb * 10Fs = 182.69 N τb *10 = 16.311 MPa
Fd * 10Fs = 182.69 N σd *10 = 30.448 MPa

Tomando en cuenta todo el peso en una muleta

Fc * 10Fs * 2 = 3215.34 N τc *10 * 2 = 57.4 MPa
Fa * 10Fs * 2 = 43.84 N τa *10 * 2 = 7.828 MPa
Fb * 10Fs * 2 = 365.38 N τb *10 * 2 = 32.622 MPa
Fd * 10Fs * 2 = 365.38 N σd *10 * 2 = 60.896 MPa

Con estos resultados...