Hay varias interpretaciones del concepto de discapacidad. Por una parte, el término genérico «discapacidad» abarca todas las deficiencias, las limitaciones para realizar actividades y las restricciones de participación [1]. Por otra parte, se dice que la discapacidad resulta de la interacción entre las personas con deficiencias y las barreras debidas a la actitud y el entorno que evitan su participación plena y efectiva en la sociedad en igualdad de condiciones con los demás [2].

Cual sea la definición o interpretación que se le dé, lo cierto es que la discapacidad es una condición humana que impide o dificulta el normal desarrollo de un importante número de personas. Por ejemplo, a nivel mundial se estimó en el 2010 que las personas con discapacidad ascienden al 15% del total de la población [2], esta proporción es mayor en países en desarrollo cuyo valor es del 18%.

Si bien hay diferentes tipos de discapacidad, una en particular limita la libre autonomía de las personas y es aquella relacionada con la falta de movilidad de los miembros inferiores. Gran parte de la población con esta limitación enfrenta problemas de acceso a infraestructura pública y privada como a hospitales, escuelas, universidades, empresas, entre otras [3]. Además de los retos para moverse dentro de ciudades o localidades.

A este respecto los gobiernos principalmente de países desarrollados, han implementado varias políticas en materia de movilidad e infraestructura. Por ejemplo, se han implementado rampas de acceso a edificios de organizaciones públicas, baños y servicios especiales [4]. Así mismo en el transporte público existen buses y camionetas con elevadores adaptados para estas personas [2].

Desafortunadamente en países en vía de desarrollo como Colombia, la implementación de políticas públicas en materia de desarrollo de servicios e infraestructura para personas con condiciones especiales es muy bajo [5]. Por tanto, la movilidad para esta población es una tarea muy compleja, generando grandes trastornos para estas personas, ya que pierden su autonomía, al depender esencialmente de sus familiares, amigos o de personas con buena voluntad. Particularmente en el departamento de Nariño (Colombia) esta situación es más aguda, ya que el transporte público tiene una nula orientación a personas discapacitadas.

Según estadísticas del DANE [6] en el año de 2010 se reportan 27887 personas en el departamento de Nariño con dificultades para caminar, de las cuales 4748 pertenecen a la ciudad de Pasto. Por tanto, parece esencial la búsqueda de una solución de transporte alternativo para esta población.

Figura 1

Una posible solución a este problema es el uso de vehículos de transporte adaptados (Figura 1), los cuales se acomodan a las necesidades de los usuarios. Sin embargo, los elevados costos de adaptación dificultan el acceso a ellos [8]. Otra opción es la compra de vehículos especiales como triciclos para personas discapacitadas [9], los cuales son importados y cuyo valor de importación resulta del mismo orden que el precio del vehículo (Figura 2).

En un esfuerzo por mejorar las condiciones de movilidad y la autonomía de personas con problemas en sus miembros inferiores, se propuso desarrollar un triciclo con tecnología y elementos de consecución local en la ciudad de Pasto. Esta alternativa se presenta como una opción económica para cumplir las demandas de esta población.

Figura 2

La metodología usada para desarrollar este dispositivo se puede resumir en los siguientes pasos:

• Identificación de la necesidad y definición del problema

• Planteamiento de soluciones, evaluación y selección del concepto

• Diseño detallado

• Construcción

• Realización de pruebas de funcionamiento

En la primera etapa de la investigación se realizaron 36 encuestas y 6 entrevistas a una muestra de la población con problemas de movilidad de sus piernas o personas relacionadas a ellas como familiares y amigos. Con base en esta información y la revisión de algunos estudios similares [10-19], se extrajeron los requerimientos del diseño y las especificaciones.

Considerando las especificaciones del vehículo se propusieron tres alternativas de solución al problema. Las cuales fueron evaluadas con base en los criterios definidos en las especificaciones, y se eligió la alternativa óptima que satisface los requerimientos del diseño.

La siguiente fase consistió en el diseño detallado del vehículo. Para este proceso se realizaron análisis mecánicos donde se estimó la potencia del motor, y se verificaron los niveles de esfuerzos y deflexiones del marco del vehículo para satisfacer requisitos de seguridad y funcionalidad. Para estimar la potencia del motor se calculó la fuerza total de arrastre FD [20] como:

Ecuación 1

en la cual, CR es el coeficiente de resistencia rodante, m es la masa del vehículo y sus ocupantes, A es el área frontal, v es la velocidad, ρ es la densidad del aire (que bajo condiciones estándar es 1.2 Kg/m3) y g es la gravedad (que se tomó como 9.81 m/s). La potencia P necesaria para mover el vehículo se calcula como el producto de FD y v:

Ecuación 2

Al final de la etapa de diseño se elaboraron los planos de fabricación que se usaron para la construcción del prototipo. El proceso de construcción se realizó en el taller de máquinas de la Corporación Universitaria Autónoma de Nariño. Se utilizaron procesos comunes de mecanizado, doblado y soldadura para ensamblar el marco. En la fase final se evaluó el prototipo con personas con discapacidad y quienes retroalimentaron el proceso para mejorar el diseño.

Con base en la información recopilada en las encuestas y las entrevistas, se interpretaron los siguientes requerimientos que debería cumplir este diseño:

• Vehículo Autónomo

• Tracción dual, manual y motorizada

• Vehículo ergonómico

• Debe satisfacer los requisitos de seguridad vial contemplados en las normas colombianas

• Bajo impacto ambiental

• Precio asequible para la mayor parte de la población

Para satisfacer los requerimientos de los usuarios potenciales, se propusieron 3 alternativas de solución, los cuales se muestran en los siguientes bocetos (Figura 3).

Figura 3

La alternativa a es un triciclo inclinado, el cual es una alternativa económica, pero no ofrece autonomía para el ingreso, no es muy cómodo, ni ofrece características de seguridad para el pasajero. La alternativa b, es una mejor propuesta, aunque el diseño de la silla fija hace que sea difícil acceder a ella y el marco es muy pesado. Así se eligió la alternativa c, porque es la que más se adapta a los requerimientos del diseño. La presencia de la silla giratoria permite acceder fácilmente al vehículo, por otra parte, el diseño del chasis es más ligero, haciéndolo un vehículo más eficiente y con mayor estética.

En el boceto inicial del prototipo se propusieron las siguientes características:

• Diseño estructural del bastidor: Tubería tipo elíptico de 1’’ X 1.5 mm de espesor.

• Diseño estructural del basculante o tijera: Tubería tipo estructural de 1’’ X 1.5 mm de espesor.

• Sistema de ensamble: Soldadura eléctrica y oxiacetilénica.

• Sistema de tracción: Dual, manual (tracción por cadena tipo bicicleta) y mecánica (tracción por motor).

• Tipo de motor: Motor eléctrico, de soporte sobre rin.

• Sistema de suspensión: Tipo motocicleta, de amortiguador y muelle en un mismo cuerpo.

• Recubrimiento: Base anticorrosiva epóxica y acabado en poliuretano metalizado.

• Asiento: Giratorio, con espaldar y descansa brazos, tapizado en cuero sintético.

• Luces: Tipo LED, en direccionales y luz frontal.

Con base en la ecuación (1) y (2) se estimó la potencia del motor la cual resultó de 923 W. Los valores considerados para m, CR, CD, A y v fueron 130 Kg, 0.015 [20], 0.3 [20], 1 m2 y 55 km/h, respectivamente, que son valores representativos de esta aplicación.

Se realizó un análisis estático, en el cual se consideró un peso máximo del pasajero (Wp) de 90 Kg y un peso del vehículo (Wm) de 40 Kg. En las Figuras 4a y 4b se muestran las dimensiones, las líneas de acción de fuerzas como el peso propio y el del pasajero y las reacciones que parecen en las ruedas. Las magnitudes de las reacciones A, B y C resultaron 463 N, 463 N y 349 N, respectivamente.

Figura 4

El análisis de esfuerzos y deflexiones (Figura 5 y 6) en los principales elementos del vehículo se resume en la Tabla 1, en el cual el factor de seguridad fue calculado suponiendo que los componentes del vehículo están fabricados con un acero de bajo carbono cuyo esfuerzo de fluencia es de 250 MPa.

Tabla 1

Figura 5

Figura 6

El proyecto de diseño de este vehículo es una alternativa viable para mejorar las condiciones de movilidad de personas con discapacidad de los miembros inferiores.

El vehículo desarrollado es un medio de transporte confiable que es fácil de conducir, además conserva una buena ergonomía con las modificaciones planteadas por los usuarios.

Este proyecto demuestra que desde la academia se pueden generar importantes emprendimientos para mejorar las condiciones de la población y del entorno en zonas apartadas o de difícil acceso. El desarrollo de este vehículo usó ampliamente herramientas de Ingeniería Mecánica e integró a estudiantes, profesores y varios miembros de la comunidad en torno a la solución de este problema.

Por otra parte, el desarrollo de este dispositivo ayudó a mejorar las competencias de los estudiantes de pregrado asociados al desarrollo de este dispositivo. Proyectos como este crean condiciones para el desarrollo de la Ingeniería Mecánica en el departamento de Nariño en Colombia.