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• Enrique Mammarella

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Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand – Bike

Fundamentos y antecedentes: Facundo Quiroga es un joven santafesino de 25 años de edad que, a causa de una parálisis cerebral desde su nacimiento, posee la motricidad de sus extremidades inferiores sumamente comprometida. Por este motivo se moviliza en una silla de ruedas. Desde temprana edad, y debido a la pasión de su familia por el deporte motor, Facundo comenzó a introducirse progresivamente en este ambiente. Sus inicios transcurrieron como espectador, posteriormente fue incursionando en el entrenamiento a través de simuladores virtuales, hasta llegar finalmente a conducir un karting de competición. En 2010 logró debutar como piloto en una categoría zonal de karting, luego de realizar numerosas pruebas de suficiencia para obtener la licencia deportiva del Automóvil Club Argentino. Tras varios años de entrenamiento, y habiendo competido ininterrumpidamente desde entonces, en 2014 consiguió conformar la grilla de partida de la categoría Para Kart, en el vecino país de Brasil. Paralelamente, el piloto ha venido realizando un tratamiento de 12 horas semanales en un centro de rehabilitación de la ciudad, lo que en la actualidad le permite afrontar las exigencias físicas de este deporte profesional. Habiendo forjado una dilatada trayectoria de superación personal, continúa planteándose desafíos. Actualmente afronta una nuevo reto en su vida deportiva, como lo es competir en la disciplina hand-bike. La carrera deportiva de Quiroga fue posible gracias al acompañamiento, no sólo de sponsors de la región, sino también de los gobiernos provincial y municipal. La Universidad Nacional del Litoral no es ajena a este contexto y por tal motivo, con una política orientada a la construcción social, académica, cultural y de integración ciudadana, brinda su capacidad en recursos humanos, conocimiento y equipamiento para la formulación y ejecución de proyectos conjuntos. En 2014, ante la solicitud del padre de Facundo, desde la Facultad de Ingeniería Química, y a través de la Escuela Industrial Superior, se le brindó asesoramiento técnico para la adaptación de un sistema de frenos hidráulico en el volante del karting de competición. Este proceso comenzó con un relevamiento inicial de las necesidades técnicas y las limitaciones de la motricidad de sus manos. Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand Bike

Tras presenciar varios entrenamientos en pista, y atendiendo, además, a la evolución personal por proceso de rehabilitación que realizaba en aquel entonces y que aún continúa, se resolvió que la mejor opción era invertir el dispositivo de freno, accionando el mismo con la mano derecha. La bomba, de origen italiano, fue montada en el volante de la unidad, mejorando así la performance deportiva de Quiroga. En 2016, y luego de varias reuniones mantenidas en la Facultad, se lograron definir los lineamientos del Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand-bike UNL-FIQ-EIS. La meta del deportista es alcanzar la clasificación para los Juegos Paralímpicos Tokio 2020, para lo cual se espera poder conseguir una beca. Durante el mes de abril de 2016, en la Secretaría de Desarrollo Deportivo de la Provincia de Santa Fe, cita en Bv. Gálvez 1228, se realizó la presentación del Programa.

Hand-bike - El vehículo: El Paraciclismo es un deporte derivado originalmente del ciclismo. Los primeros prototipos surgieron a fines del siglo XX. Se registran antecedentes de bicicletas similares en la década del 60, pero sin fines deportivos. A principios de los 90 surgen las hand-bike como una adaptación para personas que se desplazaban en sillas de ruedas. El Paraciclismo sigue las mismas reglas generales establecidas por la Unión Ciclista Internacional, adaptadas en función del tipo de discapacidad. Incluye diversas disciplinas con desarrollos tanto para pistas como para rutas. Dentro de la reglamentación se establece Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand Bike

el uso del casco es obligatorio y su color cambia dependiendo de la categoría. Los invidentes corren sobre tándems, mientras que los atletas con otras discapacidades físicas corren sobre bicicletas modificadas. Las handbike en cambio están reservadas a las personas de movilidad reducida que utilizan sillas de ruedas, como es el caso de Facundo. Las competiciones ciclistas para atletas con distintas capacidades físicas tienen inicio en los años ochenta. Desde 1998 se corren los campeonatos del mundo de paraciclismo, bajo la gestión de la Unión Ciclista Internacional. El impacto fue tal que culminó declarándose deporte oficial en los VIII Juegos Paralímpicos de Verano de Seúl de ese año. Actualmente estos vehículos, gracias a los avances tecnológicos, han incorporado materiales de la era espacial. Los costos actuales hacen poco viable la adquisición de una unidad para el entrenamiento de Quiroga. En este marco, nos planteamos desarrollar un prototipo con características regionales, aprovechando el potencial técnico y las capacidades científico tecnológicas con las que cuenta nuestra Universidad.

Objetivos del Proyecto Como primer objetivo, nos planteamos el conocimiento, el análisis y la evaluación de las necesidades

de

un

deportista

con

características

especiales,

centrándonos

fundamentalmente en las necesidades puntuales de Facundo Quiroga. En este sentido es fundamental el contacto directo con su familia y con los doctores que siguen su caso y rehabilitación en el Centro de Rehabilitación e Investigación Laureano Maradona, debido a que es necesario para el desarrollo de un prototipo adecuado, contar con datos precisos relacionados con las medidas exactas de Facundo, el porcentaje de movilidad de sus brazos y piernas y otras características útiles para un diseño personalizado. El segundo objetivo, una vez alcanzado el primero, es el diseño, la construcción y la adaptación del prototipo de entrenamiento.

El proyecto: Para el desarrollo del proyecto se tendrán en cuenta diversas etapas. En una primera instancia se comenzará con el empleo de herramientas informáticas que permitan diseñar, Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand Bike

modelar y simular los componentes estructurales del prototipo. Para este proceso se conformará un equipo de trabajo integrado por docentes y estudiantes avanzados de la Especialidad Mecánico Eléctrica de la Escuela Industrial Superior. Una vez finalizada la etapa de diseño, contemplando especialmente las dimensiones físicas de Quiroga y las reglamentaciones vigentes, se procederá a la construcción del vehículo en los talleres del establecimiento educativo. Cabe destacar que la Escuela cuenta con la tecnología necesaria para el corte, conformado, mecanizado y soldado de caños de acero. El primer prototipo se desarrollará a partir de componentes de bicicletas de competición. Finalizada la construcción del vehículo, el equipo de trabajo realizará un seguimiento de la evolución del piloto a bordo del mismo, evaluando las necesidades que surjan en el entrenamiento, adaptando el prototipo para alcanzar el máximo rendimiento posible. Para la ejecución del proyecto se contará con las instalaciones y el equipamiento de la Escuela Industrial Superior: Talleres y Laboratorios y el acompañamiento y asesoramiento permanente del cuerpo docente, el personal especializado de la institución y los estudiantes avanzados de la Especialidad Mecánico Eléctrica serán los ejecutores de las etapas descriptas. Se emplearán para la construcción elementos estándar de bicicletas de competición, dentro de los que podemos mencionar los neumáticos y las llantas, la transmisión y el sistema de frenos. El chasis y la horquilla del vehículo se confeccionará a partir de tubos de acero. Para las etapas de diseño y construcción, de acuerdo a estudios previos de los procesos, se estima un tiempo total de tres meses. Una vez finalizada la construcción, se iniciará la etapa de adaptación y desarrollo, la cual dependerá de la evolución de Quiroga. Este tipo de proyectos se extiende en el tiempo, dando lugar a la incorporación de distintos perfiles de estudiantes. La Universidad Nacional del Litoral, desde hace muchos años, lleva adelante políticas profundas que tienen que ver con la inclusión y la igualdad de oportunidades. La participación de estudiantes en proyectos de esta magnitud representa una experiencia educativa fundamental para los futuros profesionales por un lado y fortalecen el vínculo con la sociedad, promoviendo la conciencia social por el otro.

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Estos proyectos sensibilizan y generan conciencia, no sólo en los actores implicados en el mismo, sino en la sociedad toda y ponen a disposición las capacidades y herramientas con las que cuenta nuestra casa de estudios.

Memoria técnica: 

Se convocó a estudiantes de 5to y 6to año de la Escuela Industrial Superior, quienes junto a profesores la Especialidad Mecánico Eléctrica, conformaron el equipo de trabajo del proyecto.

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Se recopiló información de los vehículos que compiten en distintos lugares del mundo. Sobre cada uno de los modelos se analizó el encuadre en el reglamento de la Unión Ciclista Internacional. Cabe aclarar que estos vehículos cuentan con tres ruedas.

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Se investigaron las normas mencionadas en el reglamento, especialmente la ISO 5775 y toda la información proveniente de la ERTRO (Organización Técnica Europea de Neumáticos y Llantas).Teniendo en cuenta que nuestro vehículo rodará por circuitos asfaltados, se concluyó que lo más adecuado es emplear ruedas de 26”. Particularmente se utilizarán llantas de aleación de aluminio de doble pared, sobre las que se montarán neumáticos de calle sin tacos, para reducir al mínimo la fricción del vehículo.

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Se realizó un relevamiento de los comercios de nuestra ciudad y se solicitaron presupuestos de aquellos materiales y repuestos necesarios. Las piezas y subconjuntos que componen las bicicletas de competición provienen en su mayoría del exterior del país, lo que dificulta la comparación ya que no todos importan los mismos modelos y marcas.

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Se comprobó la resistencia de los ejes, lo que se dispondrán en voladizo, por lo que las mazas adecuadas para el proyecto corresponden a las empleadas en las ruedas traseras de bicicletas de montaña.

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El prototipo contará con un sistema de transmisión derivado de una bicicleta estándar, compuesto por palancas de aleación de aluminio, tres coronas y siete piñones, que le proporcionarán un total de veintiuna velocidades necesarias para la aceleración y velocidad final necesarios en este tipo de vehículos de competición.

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Si bien las palancas de accionamiento son estándar, se elaborarán un par de puños que reemplazarán a los pedales. El resto de los elementos de transmisión no sufrirán modificaciones, y sólo se reubicarán de acuerdo a los lineamientos generales del reglamento de la U.C.I.

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El chasis y la horquilla del vehículo se construirán con caños de acero. En virtud del equipamiento tecnológico que posee actualmente la Escuela, se decidió que este material es el más adecuado para este proyecto.

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Un apartado especial fue el sistema de frenos. En virtud de la masa inercial del vehículo y el piloto, este sistema debe proporcionar seguridad al momento de disminuir la velocidad o detener totalmente el rodado. Por todo esto, se optó por duplicar el mismo, proyectando la colocación de dos palancas de accionamiento en los puños. Ambos frenos actuarán sobre la rueda delantera. Se excluyeron del análisis los frenos de discos, ya que recientemente la U.C.I los prohibió para las competencias de carrera por el riesgo potencial de ocasionar lesiones severas.

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Los sistemas de accionamiento de los descarriladores de los cambios se montarán sobre los puños del vehículo. Resta por definir en qué puño se montará el sistema de accionamiento de los piñones y en cuál el de las coronas. Facundo posee una leve restricción en la movilidad de una de sus manos, por lo que se procedería a disponer en ella el comando de las coronas, por ser el menos empleado en el transcurso de una competencia. Cabe aclarar que las palancas de accionamiento se fabrican integradas con las palancas de freno, siendo más reducidas las dimensiones de las primeras.

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Equipo de trabajo: Coordinando el proyecto desde el Decanato de la Facultad de Ingeniería Química en permanente interacción con el Equipo de Gestión de la EIS, se formó un equipo de trabajo integrado por alumnos y docentes de la EIS y personal de gestión de la FIQ. Estudiantes EIS: 

Macarena Gigliotti (5to Mb)

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Agustín Capovilla (6to Mb)

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Hernán Roncoroni (5to Ma)

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Franco Fernández (5to Mc)

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Franco Berlanda (5to Mb)

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Nicolás Arriola (5to Mc)

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Pablo Spies (5to Ma)

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Benjamín Adam (5to Mb) Docentes EIS:

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Alexis Ballario (Taller de Operaciones Metalmecánicas)

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Claudio Vetti (Taller de Operaciones Metalmecánicas)

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Hugo Lecruit (Taller de Operaciones Metalmecánicas)

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Martín Scurato (Dibujo Mecánico - Planimetría Asistida)

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Santiago Chena (Dibujo Mecánico - Planimetría Asistida)

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Marcelo Wichorek (Taller de Tecnología Mecánica)

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Osvaldo Leonardi (Taller de Tecnología Mecánica)

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Rubén Cañellas (Estática y Resistencia de Materiales)

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Primeros bocetos: A partir de las dimensiones especificadas en el reglamento y analizando modelos desarrollados especialmente para competición, se comenzaron a dibujar las líneas que definirán los planos constructivos.

Sobre fotografías de los distintos vehículos se trazaron las líneas, analizando a la par el estado de solicitación de cada uno de los tubos de acero que compondrán el cuadro y la horquilla.

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Para dibujar los planos se emplean programas de diseño asistido por computadora, modelando además en tres dimensiones para visualizar detalles que facilitarán la construcción y el posterior montaje. Para esta etapa resulta indispensable contar físicamente con los componentes estándar, ya que sólo se dispone de las dimensiones generales de los mismos. Cada plano requiere un estricto detalle de los elementos que componen los subconjuntos, los cuales relevaremos con instrumentos de metrología.

Componentes y listado de materiales 

Las palancas de frenos y de accionamiento de los cambios de piñones y coronas vienen integradas, es decir que una abrazadera que se sujeta en el manubrio en las bicicletas convencionales contiene la palanca de freno y sobre ella se encuentra la palanca de cambios con su respectivo indicador de posición o cambio seleccionado. Esto facilita nuestro diseño, ya que cada conjunto va a estar dispuesto sobre el manillar que accionará Facundo con sus manos.



El sistema de transmisión, integrado por tres coronas, las palancas de aluminio y el eje del cubo, se provee en un kit. Las palancas poseen un cuadrante simétrico de fijación, lo que permitirá desplazar una de las palancas para lograr que ambas se Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand Bike

dispongan en un único plano. Los siete piñones completan el kit de transmisión de la misma marca comercial. 

Los pedales se proveen por separado del kit de transmisión, de éstos sólo utilizaríamos los ejes para montar las empuñaduras de donde se accionaría la hand bike.

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Las llantas de 26” de aleación de aluminio poseen doble pared. Esto permitirá reducir el peso y por consiguiente emplear menos energía para propulsar el vehículo.

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Las mazas de las llantas, construidas en aleación de aluminio, se comercializan con sus respectivos ejes y sistema desmontable de rodamientos. Por una cuestión constructiva, observando las dimensiones de los modelos delanteros y traseros, sugiero emplear las traseras para las tres ruedas de nuestro prototipo. El motivo principal es el diámetro del eje, el cual permitirá montar las ruedas traseras en voladizo, resistiendo esta condición.

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Las cubiertas seleccionadas 26 x 1,50 son del tipo con cámara, no poseen tacos y su dibujo es ideal para circular en caminos asfaltados. Las mismas se disponen sobre las llantas mencionadas, protegiendo las tuercas de los rayos con una banda plástica.

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Los frenos se comercializan de a pares, estando constituido el kit por 4 tacos de goma, 4 balancines y los cables que vinculan los conjuntos a las palancas de accionamiento.

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Los comercios consultados no disponen de un cuadro de bicicleta de acero que posea el paso de rosca para montar el cubo de las palancas de accionamiento. Esto nos llevaría a construir artesanalmente la pieza, con el consiguiente tiempo adicional. También se podría modificar un sistema estándar, el cual no se emplea en los cuadros de aluminio de las bicicletas mountain bike.

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Al listado que se presenta a continuación se debe incorporar un listado de tubos de acero, el cual se elaborará una vez medidos y modelados digitalmente los componentes previamente detallados. Con ellos se confeccionarán los planos constructivos del vehículo.

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Componentes

Cantidad

Llanta MTB Foxter 4.20

3

Maza trasera aluminio

3

Rayos importados x2/245-305

108

Cámara 26 Levorin Vulcan

3

Cubierta Kenda 26 x 1,50 KW

3

Cinta llanta especial R 26

3

Juego Palanca Shimano TX801

1

Piñón Shimano TZ-07/21/31 7 Coronas

1

Cadena Shimano UG-51 TX 21 velocidades

1

Cambio Shimano Tourney TX30/31/35

1

Descarrilador Shimano TX 51 31,8

1

Juego manijas integradas Shimano freno/cambio con indicador

1

Juego frenos Shimano

1

Tubos de acero

6

Desarrollo de componentes y confección de los planos A partir de las características y dimensiones estándares de las piezas adquiridas, se desarrolló el centro de palancas adaptado para la situación del piloto.

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Asimismo, teniendo en cuenta las especificaciones del reglamento, las dimensiones antropométricas del piloto, su posición de manejo y el ángulo de los brazos, así como la movilidad en sus manos para disponer los mandos de cambios de piñones y coronas del prototipo, se realizó un primer prototipo de reticulado de la estructura del chasis y se computó el material a emplear en su construcción.

Actualmente se está trabajando en la construcción del chasis y la adaptación y ensamblado del resto de las piezas que componen el prototipo en desarrollo. Al momento, el mismo presenta un importante grado de avance y se ha comenzado con el desarrollo y adaptación de la horquilla. Además, con la participación del personal médico del centro de rehabilitación al que asiste Facundo se ha conseguido un esquema corporal con medidas exactas, a fin de diseñar la butaca priorizando la ergonomía. Se espera que en los próximos Programa de Desarrollo Tecnológico y Deportivo Hand Bike

días se pueda subir Facundo al prototipo y corroborar la posición de manejo, previo a la etapa de soldadura final.

El prototipo estará listo para su presentación oficial que ocurrirá el próximo 7 de diciembre en el taller mecánico de la EIS.

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