Desarrollo de una prensa para pruebas estáticas y dinámicas de elementos ortopédicos y tejidos biológicos

Developing a press for static and dynamic testing of orthopedic devices and biological tissue

Se describe el diseño y la construcción de una prensa con una capacidad de 1.800 N y una frecuencia máxima de 3 Hz que será utilizada para realizar pruebas estáticas y dinámicas de tejidos biológicos y elementos ortopédicos como fijadores externos. Consta de una base octagonal con una distancia entre caras de 500 mm y un travesaño que desliza sobre dos columnas (dis-tancia útil de 350 mm), permitiendo así modificar la altura de trabajo (máxima de 600 mm) de acuerdo con el tamaño del elemento a probar. Sobre el travesaño está montado un actuador de tornillo con tuerca de bolas recirculantes, el cual transforma la rotación de un servomotor en un desplazamiento lineal (máximo de 150 mm). Las primeras validaciones indicaron un comportamiento de la prensa dentro de los parámetros de diseño estipulados. Este proyecto tiende a demostrar que en países en desarrollo es posible generar la tecnología necesaria para apoyar la investigación, lo que evita crear una dependencia de las compañías extranjeras para la modernización, el soporte y el mantenimiento del equipo. Adicionalmente, se generan condiciones para la evolución de la ingeniería mecánica en Colombia.

Introducción

Una de las áreas importantes de la biomecánica se encarga de estudiar el comportamiento de tejidos biológicos y elementos ortopédicos. Es importante conocer el  comportamiento mecánico de los tejidos biológicos para determinar la etiología de las enfermedades, como la osteoartrosis, o desarrollar dispositivos para tratamientos como los stents utilizados para destapar arterias. En estos estudios se utilizan modelos teóricos que son generalmente validados con pruebas experimentales (García y Cortés, 2006; Wilson et  al., 2005).

Los elementos ortopédicos son herramientas de uso diario en los hospitales de todo el mundo para el tratamiento de diversas patologías del sistema músculo esquelético. Dentro de estos elementos  se encuentran los fijadores externos, que son ampliamente utilizados en nuestro país para tratar el alto número de fracturas óseas  que se presentan por incidentes de violencia y accidentes de tránsito. La mayoría de los fijadores externos disponibles en el país son importados a unos costos altos, siendo pocos los fijadores de construcción nacional que han sido validados mediante pruebas  de  carga estática y dinámica (Leyton et al., 2003; Galvis et al., 2001).

Una parte del problema radica en la escasez de prensas de prueba que cuenten con una instrumentación y control que  garantice  buena exactitud para cargas pequeñas. En la actualidad en  el  país no se construyen máquinas para ensayos de materiales ni para certificación funcional de elementos ortopédicos, lo que hace necesario su importación desde países desarrollados a unos costos relativamente altos.