Soluciones motrices personalizadas para sistemas protésicos

Con el uso del motor adecuado, una bomba de vacío de membrana en miniatura mantiene en su posición las piernas artificiales, lo que hace innecesario el uso de correas y cintas, simplifica la vida de los usuarios y reduce el estrés.

Dynaflo, Inc. es una empresa que diseña y fabrica compresores y bombas de vacío de membrana OEM. Dynaflo tiene un largo historial en el desarrollo de soluciones personalizadas para cumplir los requisitos de aplicaciones muy específicas. Esta empresa se enfrenta a cada desafío analizando una serie de factores, como el tamaño, la salida de fuerza, el consumo de energía, los requisitos de material y todo aquello que sea importante para ofrecer la solución que preste las mayores ventajas al usuario.

Cuando trabajaron en una nueva aplicación para ayudar a sujetar miembros protésicos —fundamentalmente para la sujeción de piernas—, lo primero que comprobaron es si serviría alguna de sus plataformas de bomba de vacío ya existentes. A menudo les basta con hacer unos pocos ajustes en el diseño previo para resolver el problema en cuestión. Para esta aplicación, la empresa creó un diseño nuevo, su bomba de vacío de la serie 2000, que proporciona los más altos niveles de vacío disponibles actualmente para una bomba de membrana de este tamaño (véase la figura 1).

Por lo general, los productos de Dynaflo están diseñados para maximizar la eficiencia utilizando hasta un 60 por ciento menos de energía que sus principales competidores. Esto se obtiene mediante una serie de métodos propios, uno de los cuales consiste en utilizar componentes de bajo desgaste, como cojinetes de alta calidad, materiales especialmente formulados y procesados, y motores DC brushless de serie y semipersonalizados, todo lo cual ofrece un rendimiento extremadamente alto para alcanzar vidas útiles largas.

Debido a que las bombas que la empresa diseña no utilizan aceite, estos dispositivos funcionan sin riesgo de contaminación. El diseño exclusivo de las bombas aprovecha el concepto distintivo de la empresa, en el que la membrana se flexiona, en lugar de estirarse. Esta estrategia minimiza la fuerza requerida para desplazar la membrana, maximiza su eficiencia y reduce la energía necesaria para el funcionamiento. Esta combinación de ventajas resultó perfecta para la aplicación de sujeción de miembros protésicos.

Figura 2: Usada para sujetar prótesis —utilizando vacío en lugar de correas y cintas—, la bomba Dynaflo necesitaba estar bajo carga para empezar a funcionar.

Aunque algunas prótesis se sujetan con un pasador de bloqueo y una media o almohadilla protésica, muchas de ellas aún utilizan correas y cintas, que son difíciles de fijar y de mantener ceñidas durante un tiempo. Además, los materiales utilizados causan a menudo arañazos y rozaduras en la pierna en la que está sujeta la prótesis. La solución era un sistema de sujeción por succión. Dynaflo no tenía una unidad de serie que se acercara siquiera a los requisitos de la aplicación, por lo que se decidieron a crear de cero un producto completamente nuevo. El diseño de la bomba de vacío de diafragma en miniatura que el equipo de ingeniería presentó requería un número de especificaciones clave para funcionar correctamente (véase la figura 2).

Una gran preocupación para el equipo era cómo mantener la prótesis en su sitio sin perder parte del vacío durante su uso. El resultado de esta situación potencial podría ser que el miembro se soltase de forma inesperada y que el paciente se lesionara. Para solucionar este problema, el equipo sabía que la bomba tenía que empezar a funcionar cuando estuviera bajo carga. Para ello, el motor utilizado para la bomba debía proporcionar pares muy altos siempre que fuera necesario. La bomba también tenía que alcanzar -27 Hg en unos pocos segundos. Si a esto se añade que la bomba debía ser pequeña, con un grosor inferior a media pulgada, el resultado eran unos parámetros del diseño final muy específicos y difíciles de cumplir.

El motor adecuado

El equipo de ingeniería de Dynaflo eligió el motor RE16 de maxon para accionar su bomba (véase la figura 3). Los RE son motores DC de precisión con escobillas que utilizan bobinados sin hierro y conmutación con metales preciosos, junto con imanes de tierras raras, para garantizar un control preciso en el que el consumo de corriente sea proporcional a los requisitos de par de la aplicación. La solución motriz para la bomba ofrecía una eficiencia superior al 90 por ciento y proporcionaba el suave movimiento giratorio requerido para un funcionamiento correcto.

Los motores utilizan escobillas de grafito para una potencia de 2,5 W. El RE13 tiene un diámetro de 13 mm y un par nominal de 1,44 mNm, y puede funcionar a velocidades de hasta 10 600 r/min. Los motores de la serie RE de maxon eran literalmente los únicos disponibles para una aplicación tan delicada e importante. Dynaflo fue capaz de incorporar el motor en su diseño con relativa facilidad. Además, los motores RE eran una solución silenciosa.

Figura 3: El RE16 diseñado y fabricado por maxon ofrecía el par requerido para poner en funcionamiento la bomba de vacío bajo carga.

Gracias a los conocimientos técnicos y a la atención a los detalles de diseño y fabricación de maxon, los motores proporcionan una larga vida útil a estas bombas. Esto suponía una ventaja especial, ya que la empresa necesitaba un motor que simplificara el mantenimiento de la bomba a largo plazo. Como el motor supone la mayor parte del coste de la bomba, era importante que la empresa fuera capaz de reacondicionar la bomba y reutilizar el motor. La larga vida útil del motor de maxon ha permitido a Dynaflo actualizar y reacondicionar miles de bombas con cabezales y válvulas nuevas para volver a ponerlas en servicio con el mismo motor.

Conclusión

La bomba usada para la aplicación de sujeción de piernas protésicas necesitaba el motor adecuado para garantizar un funcionamiento correcto. La generación de vacío tan cerca del cuerpo humano puede crear una situación potencialmente peligrosa si se realiza incorrectamente. El equipo de ingenieros de Dynaflo fue muy cuidadoso a la hora de elegir y usar los componentes adecuados para producir una bomba de vacío segura, de fácil mantenimiento y que durara años. El resultado fue un producto que el usuario podía utilizar con facilidad.