62ª Reunião Anual da SBPC
B. Engenharias - 1. Engenharia - 2. Engenharia Biomédica
Caracterização numérica e experimental de um modelo de prótese mecânica para amputados do pé
Fábio Raia 1
Adriano Vasque Da Silva 1
Antonio Gonçalves de Mello Júnior 1
Helio Pekelman 1
1. Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Presbiteriana Mackenzie
INTRODUÇÃO:

Considerando-se os problemas mecânicos que afetam certos tipos de próteses para amputados de membros inferiores, no que se refere à sua manutenção e durabilidade, objetiva-se propor um refinamento mecânico na peça intitulada pirâmide, que é o elo de junção entre adaptador modular e a mola ou sistema de junção com o pé, ela possibilita o ajuste de envergadura da parte inferior de perna, popularmente chamado de "canela" em relação ao solo. A Pirâmide tem grande importância no funcionamento do mecanismo, e é responsável pelo conforto da prótese, e pelo ajuste fino de adaptação da prótese ao usuário, ela simula e estabelece o ângulo natural formado pela parte inferior da perna com o joelho e tornozelo, o ângulo tem como característica ser pequeno com grau de sensibilidade grande.

Segundo Instituto Brasileiro de Geografia, 2000, o número de deficientes no Brasil passa dos 14,5% destes 4,1% são deficientes físicos o que corresponde a mais de um milhão de pessoas. Poder disponibilizar um equipamento, a baixo custo e com possibilidades de ajuste mais apurados permitindo um maior conforto ao usuário aumenta a relevância do trabalho ao atingir um público grande, carente de novas tecnologias.

METODOLOGIA:
O trabalho teve como ponto de partida, uma pesquisa aos órgãos de senso de forma a obter-se a quantidade de usuário para projeto e ter uma melhor base de conhecimento das necessidades do mercado. Foram então pesquisados materiais e, com o auxílio de uma prótese real, foi feito o levantamento através de ensaios de espectrosfobia a chama dos materiais constituintes. De posse das características do material, foi feita a modelagem tridimensional da pirâmide com auxílio de software CAD (computer aid design). O modelo serviu de base para avaliações de desempenho e simulação numérica de esforços. Uma proposta de pirâmide modificada é então apresentada e novamente, após modelagem tridimensional, são feitas avaliações de desempenho e resistência mecânica. Ao final são feitas conclusões e recomendações de continuidade do estudo.
RESULTADOS:
A análise do componente pirâmide começou com a averiguação do modelo físico real retirado de uma prótese mecânica para amputado de membro inferior. A prótese foi cedida por um usuário que não a utilizava mais é umas das mais populares do mercado, e com um custo mais aproximado a media das próteses normalmente comercializadas no Brasil. Os principais pontos levantados da análise deste componente foram: ele faz a ligação entre o adaptador modular e a parte inferior da prótese, é responsável pelo ajuste do ângulo formado entre joelho e tornozelo um dos principais pontos de conforto da prótese, a regulagem do ângulo é feita através de uma porca. A análise por espectroscopia por emissão de chama revelou que o material da pirâmide é uma liga de alumínio AA 336. A análise utilizando o método dos elementos finitos com relação às cargas estáticas pelo critério de Von Mises mostrou um coeficiente de segurança de 6,7. O novo projeto de pirâmide teve como enfoque principal, a facilidade no ajuste do ângulo joelho tornozelo, substituindo a única porca por quatro parafusos disposto radialmente reduzindo-se assim o tamanho e o peso propiciando mais conforto ao usuário. Novos ensaios por elementos finitos foram realizados utilizando-se o mesmo material e o coeficiente de segurança subiu para 32.
CONCLUSÃO:

A partir dos resultados obtidos nos testes de tensão e deformação no software para análise estática pelo método de elementos finitos (MEF), com base em técnicas de resistência dos materiais, obteve-se uma melhora de cerca de 4,8 vezes em capacidade de carga para o conjunto proposto pois as tensões encontradas no novo conjunto pirâmide são consideravelmente menores que as tensões do sistema antigo, isso explicado pelas características geométricas das novas peças. Cabe lembrar que para uma melhor comparação dos resultados foi usado o mesmo material em ambos os ensaios.

Apesar de o novo conjunto pirâmide ter um tamanho reduzido em relação a peça original e conseqüentemente ter menor massa, a sua estrutura geométrica é mais rígida por não conter seções abertas em sua estrutura e apenas uma cavidade em seu centro.

Além de todos os testes estáticos serem concluídos com o sucesso, o mecanismo se mostrou muito sensível quanto aos ângulos de inclinação do conjunto, tornando o sistema mais ajustável ao resto da estrutura e assim podendo transmitir ao amputado uma melhor sensibilidade e conforto no uso diário da prótese mecânica para amputado de pé.

Como sugestão para novos estudos propõe-se materiais mais baratos melhorando o custo e verificações de corrosão e fadiga.

Palavras-chave: Prótese, Simulação numérica, CAD.