Selección De Materiales Método Gráfico De Ashby

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Selección de material para protector elástico de un dispositivo para tratamiento de fatiga muscular Samuel F. Sierra Ramírez RESUMEN Entre los tratamientos…
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Selección de material para protector elástico de un dispositivo para tratamiento de fatiga muscular Samuel F. Sierra Ramírez RESUMEN Entre los tratamientos aceptados para la fatiga muscular se tiene aquel que aplica frío sobre la región afectada, y el método tradicional es fijando un paquete de hielo sobre los músculos a tratar. En este estudio se propone sustituir los paquetes de hielo por un dispositivo más compacto. En este caso la selección de material se concentró en el componente de fijación del elemento a baja temperatura, al que se denominó protector elástico. Luego de emplear criterios de selección como elasticidad, baja densidad y resistencia tanto a soluciones salinas como a la radiación UV, se determinó que el mejor candidato es el neopreno (policloropreno). Posteriormente, se analizó el impacto ambiental de este producto empleando el software CES EduPack. INTRODUCCIÓN Es común observar, en los medios de comunicación que, a muchos deportistas de alto rendimiento, luego de un intenso esfuerzo físico, se les aplique hielo en las articulaciones, especialmente, rodillas y tobillos (López, 2013). De hecho, aplicar frío sobre el área afectada, es un tipo de tratamiento convencional para este tipo de traumas (Prieto, 2013). La acción del frío en la región a tratar sucede de la siguiente manera: en primera instancia, se contraen los vasos sanguíneos, provocando una disminución en la actividad metabólica, lo que permite una adecuada recuperación del tejido muscular. Una vez que el área tratada recupera su calor, los vasos sanguíneos se dilatan, eliminando rápida y eficientemente los productos metabólicos acumulados en las células (Kory & Groning, 2014). Conociendo lo anterior, se han empleado paquetes de hielo para la recuperación de los deportistas, sin embargo, la manera como son fijados estos voluminosos paquetes al cuerpo del deportista, empleando vendajes o láminas plásticas, termina generando una apariencia grotesca y ordinaria. Sumado a la poca comodidad que este conjunto ofrece al usuario. Como respuesta a esta dificultad, se propuso desarrollar un producto que protegiera el área afectada del usuario, mientras se efectúa el tratamiento con frío. El producto propuesto está constituido por tres componentes: a) Protector elástico*: encargado de resguardar los músculos y la articulación afectada. b) Elemento frío: una almohadilla, tentativamente de polipropileno, que contiene un gel a baja temperatura, sustituyendo al paquete de hielo en la función de tratamiento del trauma. c) Aislante térmico: una espuma polimérica de baja densidad, cuyo propósito es evitar la transferencia de calor proveniente desde la cara externa del protector, en otras palabras, mantendrá baja la temperatura del elemento frío. *La selección del material se realizó para el protector elástico. METODOLOGÍA Función. En primera instancia, se definió el propósito del componente para el cual se seleccionaría el material. Restricciones. Con base en la función planteada, se decidió traducir, de la manera más precisa, esos requerimientos, transformándolos en atributos que los materiales candidatos deberían poseer, ordenándolos de acuerdo a las prioridades de diseño. Objetivo. Una vez que fueron decididos los criterios de selección, se determinó qué atributos se debían maximizar y minimizar. Al culminar estos tres primeros pasos, fue posible la construcción de mapas de materiales empleando los índices de materiales. Variables Libres. Teniendo conocimiento de las condiciones obligatorias para la selección, se examinaron algunos parámetros modificables a lo largo del presente proceso. Ciclo de vida del producto. Posterior a la selección del material, se analizó el impacto ambiental del componente, desde su materia prima hasta su disposición final, empleando el Eco Audit Tool del software CES EduPack. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Función. Tras analizar detenidamente, se planteó que la tarea a cumplir era “proteger el área afectada ofreciendo el mejor ajuste y comodidad para el usuario”. Restricciones. A continuación, se presentan los atributos pertinentes: ✓ Alta elasticidad: entendiendo que un material elástico es aquel que presenta bajo módulo de Young (E) y alto límite elástico (y). Se consideró este atributo, puesto que permitirá el ajuste a la parte del cuerpo afectada, en especial, a las articulaciones. ✓ Liviano: esto es, un material de baja densidad, lo que responde al requerimiento de comodidad, ya que el usuario apenas sentirá que lleva puesto el producto, en oposición a los voluminosos paquetes de hielo. ✓ Resistencia al agua: aunque no es un requerimiento explícito, es importante que el material presente durabilidad frente al sudor (solución salina) y tolere los lavados, dado que se espera que sea de muchos usos. ✓ Resistencia a la radiación UV: este atributo es relevante en lo que respecta al tiempo de vida del producto, puesto que no es deseable que el material pierda sus características luego de pocos usos. Objetivo. De acuerdo con las prioridades, se decidió que debían elegirse aquellos materiales con la mayor elasticidad posible, minimizando la densidad. Conociendo la función objetivo, se procedió a construir un mapa de materiales empleando como índice la expresión (y/E), esto es, y/E en el eje vertical, como indicativo de elasticidad, y la densidad del material () en el eje horizontal. Como primer filtro, se calculó el índice para el neopreno, material con amplia utilización en protectores de rodillas y codos, además de aplicaciones en trajes de buceo y otros campos (James, 2009), obteniéndose lo reportado por la Figura 1. Natural rubber (NR) Polychloroprene (Neoprene, CR) 10000 Polyisoprene rubber (IIR) Polyurethane Flexible Polymer Foam (VLD) Yield strength (elastic limit) / Young's modulus 1000 100 10 1 0.1 100 1000 10000 Density (kg/m^3) Figura 1. Primer filtro. Índice de material del neopreno. Los materiales que pasaron este filtro fueron: espuma polimérica flexible de muy baja densidad, caucho natural, caucho de isopreno, poliuretano y neopreno. El segundo filtro se realizó con la resistencia en soluciones salinas y en agua, considerando sólo aquellas con valor “Excelente”. De esta manera se descartó la espuma, como se muestra en la Figura 2. Natural rubber (NR) Polychloroprene (Neoprene, CR) 10000 Polyisoprene rubber (IIR) Polyurethane Yield strength (elastic limit) / Young's modulus 1000 100 10 1 0.1 100 1000 10000 Density (kg/m^3) Figura 2. Segundo filtro. Resistencia en soluciones salinas y en agua. Se aplicó un tercer filtro, correspondiente a la resistencia a la radiación UV. Aquellos materiales con valor “Razonable” fueron seleccionados, disminuyendo los materiales candidatos, finalmente, a dos: poliuretano y neopreno. Se puede detallar lo anteriormente mencionado en la Figura 3. Polychloroprene (Neoprene, CR) 10000 Polyurethane Yield strength (elastic limit) / Young's modulus 1000 100 10 1 0.1 100 1000 10000 Density (kg/m^3) Figura 3. Tercer filtro. Resistencia a la radiación UV. Por último, y por un criterio que no había sido considerado en un principio, esto es, precio por unidad de masa (COP/kg), se decidió emplear el neopreno (10.700 COP/kg) en vez del poliuretano (10.900 COP/kg), como material para construir el componente objeto de estudio. Variables Libres. Entre los parámetros modificables se encuentran: ✓ Color del componente: se puede tener un stock, determinado a partir de un estudio de mercado, para cada tonalidad e incluso fabricarse modelos personalizados (camuflados, a cuadros…). ✓ Tamaño del componente: esto dependerá del área del cuerpo a tratar (rodillas, muñecas, tobillo…) y de las dimensiones del usuario, esto es, las diferentes tallas (S, M, L, XL…). ✓ Tipo de dispositivo de cierre: este parámetro hace referencia a la manera en que se unirán los extremos del producto, entre los candidatos se tienen: velcro, correas, cordones o broches (estilo sostén). ✓ Proceso de producción: Como al iniciar el proceso de selección no se tenía un material definido, este parámetro tampoco lo estaba, sin embargo, una vez determinado el mejor candidato, se eligió el mejor método de fabricación, éste es, moldeo de polímeros. Ciclo de vida del producto. Se le asignó al producto una vida útil de 10 años, en base a este valor se calculó el impacto ambiental para el componente, considerando los parámetros de la Tabla 1: Tabla 1. Parámetros para impacto ambiental. Cantidad de productos 1.000 unidades Neopreno, 100% virgen, no es posible Material reciclarlo por ser termoestable. Masa por pieza 0,1 kg Proceso primario Moldeo de polímeros Disposición Reutilización Bogotá – Medellín, 450 km, camión de 14 toneladas. Transporte Fábrica – Tienda, 10 km, vehículo de bienes ligeros. Uso de energía No aplica De acuerdo a los datos presentados en la Tabla 1, el software indicó que la producción de CO2 promedio en los 10 años sería de 51,6 kg/año. CONCLUSIONES Se seleccionó al neopreno (policloropreno) como material para la producción del protector elástico, uno de los componentes del dispositivo para tratamiento de articulaciones y músculos fatigados empleando el efecto del frío. Este material cumple con los requerimientos de elasticidad, densidad y resistencia a agua y soluciones salinas, además presenta una resistencia aceptable a la radiación UV. Se predice que el impacto ambiental de este componente al final de su ciclo de vida de 10 años será de 51,6 kg de CO2 al año, teniendo en cuenta que lo deseable es que el material se reutilice en vez de ser dispuesto en un vertedero. REFERENCIAS James, A. (09 de Abril de 2009). eHow. Recuperado el 19 de Febrero de 2015, de Uses of Neoprene: http://www.ehow.com/about 5378870 uses-neoprene.html Kory, C., & Groning, M. (05 de Febrero de 2014). LIVESTRONG.COM en Español. Recuperado el 16 de Febrero de 2015, de Poner hielo en los músculos después de entrenar: http://www.livestrong.com/es/poner-hielo-musculos- info 18058/ López, M. (20 de Junio de 2013). Vitónica. Recuperado el 16 de Febrero de 2015, de Hielo después de entrenar: un buen aliado para la recuperación: http://www.vitonica.com/prevencion/hielo-despues-de-entrenar-un-buen-aliado- para-la-recuperacion Prieto, J. (01 de Octubre de 2013). Foroatletismo.com. Recuperado el 16 de Febrero de 2015, de El hielo después de entrenar: http://www.foroatletismo.com/entrenamiento/el-hielo-despues-de-entrenar/
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