Chapter 6: Conclusion and Future work
6.1 Concluding Remarks
3.5.1.1. Descripción General
Este componente se integra de 3 partes. La primera es la cámara que contiene al ém- bolo. Puede describirse como una pieza alargada con forma cilíndrica, hueca y abier- ta por ambos extremos. En un extremo se ubica una reducción con forma cónica que termina con un adaptador Luer Lock tipo hembra variante A. En el extremo opuesto tiene dos pestañas alrededor de un anillo cilíndrico y en seguida un borde más amplio que disminuye mediante una curva hasta in- tegrarse con el cilindro principal.
La segunda pieza es el mecanismo de suje- ción. Consiste en una tapa cilíndrica con un orificio en la parte superior y una elevación integrada mediante una curva que va desde la superficie de la tapa. En la cara opuesta de la superficie de la tapa se encuentra una cavidad con forma exagonal. El lado abierto de la pieza tiene dos segmentos de borde interior que tienen un tope debajo en uno de sus extremos.
La tercera pieza consiste en un émbolo con- formado de dos partes, una parte con forma de cilindro y cono unidos, de un material flexible, la otra consiste en dos círculos de poco espesor, unidos por dos rectángulos con espesor similar perpendiculares entre sí y a las superficies de los círculos.
3.5.1.2. Cálculo de esfuerzos
El diseño de estos componentes requiere calcular la capacidad de resistir el esfuerzo que se aplica a sus elementos. Las piezas de estos elementos están sometidas a los esfuerzos cortante y por contacto deriva- dos de la función de sujetar la jeringa con PMMA mientras se aplica la fuerza necesaria para inyectar el material. Los bordes seccio- nados representan una zona crítica porque es en estas pequeñas áreas donde se con- centran los esfuerzos.
Figura 3.6 Modelo del diseño preliminar de la cámara de impulsión
Figura 3.4 Modelo del diseño preeliminar para es elemento de sujeción.
Esfuerzo cortante. Este esfuerzo es producido por fuerzas que actúan paralelamente al pla- no que las resiste y aparece siempre que las fuerzas aplicadas obliguen a que una sección del sólido tienda a deslizarse sobre la sección
adyacente.[10] Para realizar un calculo simple se
utiliza el esfuerzo cortante medio, aun cuan- do la distribución del esfuerzo cortante en una sección no es uniforme en prácticamente ningún caso pero brinda un valor admisible.
El esfuerzo de corte está dado por[10]
(3.2)
Donde V representa la fuerza cortante y A el área de la sección adyacente que esta so- metida a esfuerzo.
La similitud de esta ecuación con la utiliza- da para calcular la presión señala que sus particularidades son similares, por ejemplo mientras menor sea el área el esfuerzo se incrementa. Esto apunta a que las áreas de menor dimensiones son las que soportaran mayores esfuerzos.
El esfuerzo en la Cámara de impulsión se distribuye en dos áreas de iguales dimensio- nes y características pero opuestas entre sí. Cada área puede ser descrita como la pro- yección perpendicular de un segmento de arco de 85º de radio 19.4mm. La figura 3.5 muestra el área sometida a este tipo de es- fuerzo en la cámara de impulsión. El área se puede calcular mediante el producto de la longitud del arco y la profundidad de su pro-
yección; el área resultante es 57.56mm2, de
modo que el área de contacto es 115.12mm2
Mediante la fórmula 3.2 y considerando al fuerza aplicada igual a 1205.81N se deter- mina que el esfuerzo cortante es igual a 10.47MPa. El valor de la carga de rotura en tracción para el polipropileno es de entre 31 y 42MPa, por lo tanto se concluye que el área de la sección adyacente puede resistir el esfuerzo aplicado sin problemas.
Esfuerzo de contacto o aplastamiento. Este esfuerzo se produce en la superficie de contacto de dos cuerpos y general- mente se presenta como un esfuerzo de compresión. Se puede calcular mediante la
siguiente fórmula[10]
(3.3)
donde Pb es la fuerza de aplastamiento y Ab
es la proyección de la superficie de contac- to perpendicular a la dirección de la fuerza. La diferencia con el anterior esfuerzo calcu- lado es el área que se ha de considerar. En esta situación el área de contacto la com- ponen dos figuras que se describen como la intersección de dos segmentos de arco concéntricos de 85º y de radios 17.4mm y 19.4mm. La figura 3.5 muestra el área de contacto resaltada. El área para cada figu- ra se puede calcular mediante la diferencia entre los sectores que la conforman, el área
calculada es de 54.59mm2; obteniendo un
área de contacto combinada de 109.187mm2
Con los nuevos valores para el área pero el mismo para la fuerza aplica, se determina a través de la fórmula 3.3 que el esfuerzo
=V
A
b = PAb
b
Figura 3.5 Área sometida a esfuerzo cortante en la Cámara
por aplastamiento es igual a 11.04MPa. Queda demostrado entonces que aún las áreas más pequeñas de la pieza resistirán los esfuerzos.
Las áreas críticas para el Elemento de su- jeción son muy similares a las de la cámara y el cálculo de lo esfuerzos resulta segura- mente en valores iguales a los obtenidos anteriormente. Ahora es necesario analizar si es posible crear tales formas mediante los procesos seleccionados.