Silla-de-ruedas-anfibia-para-hidroterapia

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
UUNNIIDDAADD PPRROOFFEESSIIOONNAALL IINNTTEERRDDIISSCCIIPPLLIINNAARRIIAA 
EENN IINNGGEENNIIEERRÍÍAA YY TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAASS AAVVAANNZZAADDAASS 
U P I I T A 
“SILLA DE RUEDAS ANFIBIA PARA 
HIDROTERAPIA” 
 
M é x i c o D. F. Junio d e l 2 0 0 6 
Profesor Titular 
 
Ing. Maribel Gutiérrez Espinoza 
Trabajo Terminal 
 
Presidente del Jurado
 
Ing. Enrique Arturo García Tovar 
 
D. en C. Lilia Martínez Pérez 
 
 
Que para obtener el Titulo de 
 
“Ingeniero en Biónica” 
 
Presenta 
 
 Herrera Ruiz Miguel Angel 
 
 
 
 Asesores 
Lic. José de Jesús Garnica Verdiguel
 
 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
UUNNIIDDAADD PPRROOFFEESSIIOONNAALL IINNTTEERRDDIISSCCIIPPLLIINNAARRIIAA 
EENN IINNGGEENNIIEERRÍÍAA YY TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAASS AAVVAANNZZAADDAASS 
U P I I T A 
“SILLA DE RUEDAS ANFIBIA PARA 
HIDROTERAPIA” 
 
Trabajo Terminal 
 
Que para obtener el Titulo de 
 
“Ingeniero en Biónica” 
 
Presenta 
 
Herrera Ruiz Miguel Angel 
 
 
Asesores 
M é x i c o D. F. Junio d e l 2 0 0 6 
Ing. Maribel Gutiérrez Espinoza 
Lic. José de Jesús Garnica Verdiguel 
 
 
 I
Índice de figuras IV
Resumen VI
 
 Pag
 Capitulo 1 Objetivos 2
 
 Capitulo 2 Introducción 3
 
 Capitulo 3 Antecedentes 
 3.1 Silla landez 4
 3.2 Amphi buggy 4
 3.3 Marina anfi 5
 3.4 Bote Wheelmaster 5
 
 Capitulo 4 Marco Teórico 
 4.1 Discapacidad en México 6
 4.1.1 Tipos de discapacidad 7
 4.1.2 Causas de discapacidad 8
 4.2 Hidroterapia 11
 4.2.1 Enfermedades tratadas con hidroterapia 11
 A) Reumáticas 12
 B) Neurológicas 13
 C) Ortopédicas 15
 4.2.2 Efectos fisiológicos y terapéuticos 16
 4.2.3 Área para hidroterapia 17
 4.2.4 Piscinas para hidroterapia 18
 A) Elevadas 18
 B) Hundidas 19
 4.2.5 Formas de acceso a la piscina 20
 A) Muletas 20
 B) Grúa 20
 C) Elevadores 21
 4.3 Estudio de materiales 22
 4.3.1 Introducción 22
 4.3.2 Tipos de plásticos y su clasificación 23
 4.3.2.1 Termoplasticos 23
 A) Poliolefinas 23
 B) Polietilenos 24
 C) Polipropilenos 24
 D) Plásticos estirenicos 25
 E) Plásticos vinílicos 25
 F) Acrilicos 25
 G) Polimeros a base de acrilonitrilo 25
 H) Celulósicos 26
 4.3.2.2 Termoplásticos de ingeniería 26
 4.3.2.3 Termofijos 26
 
CONTENIDO
 
 II
 4.3.3 Propiedades de los plásticos que se utilizan en el diseño 27
 A) Densidad 27
 B) Absorción y transmisión del agua 27
 C) Térmicas 27
 D) Mecánicas 27
 1) Propiedades a corto plazo 28
 2) Propiedades a largo plazo 28
 4.3.4 Procesos para fabricación con plástico 31
 A) Extrusión 31
 B) Moldeo por inyección 31
 C) Moldeo por soplado 32
 D) Proceso de conformado 32
 E) Otros procesos 32
 1) Moldeo por inyección con reacción 32
 2) Moldeo por inyección de líquidos 33
 3) Moldeo rotatorio 33
 4) Moldeo por vaciado 33
 5) Calendrado 33
 6) Acuñación 33
 7) Núcleo fusible 33
 8) Moldeo por compresión 33
 4.4 Diseño 34
 4.4.1 Antropometría 34
 4.4.1.1 Postura neutra 34
 4.4.1.2 Distribución antropométrica 35
 4.4.1.3 Medidas antropométricas 36
 4.4.1.4 Variaciones antropométricas 36
 4.4.1.5 Factores individuales 37
 4.4.2 Principios de diseño 37
 4.4.2.1 Diseño para el promedio 37
 4.4.2.2 Diseño para el extremo 37
 4.4.2.3 Diseño para el rango 37
 4.4.2.4 Antropometría como principio de diseño 38
 4.4.3 Biomecánica 38
 4.4.3.1 Medidas claves a considerar durante el diseño 38
 4.4.3.2 Rangos de movimiento 41
 4.4.4 Ergonomía 44
 4.5 Flotación 45
 4.5.1 Principio de flotación 45
 4.5.2 Principio de Arquímedes 48
 4.5.3 Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido 49
 4.5.4 Energía potencial en un cuerpo en el seno de un fluido 50
 4.5.5 Energía potencial en un cuerpo parcialmente sumergido 51
 4.6 Mecanismos de movimiento 55
 4.6.1 Cadena y rueda dentada 55
 4.6.1.1 Clasificación 55
 
 
 III
 4.6.1.2 Montaje y utilización 56
 4.6.1.3 Relación de velocidades 56
 4.6.2 Engranes 57
 4.6.2.1 Clasificación 57
 A) Engranes cilíndricos o rectos 58
 B) Engranes cónicos 59
 C) Tornillo sinfín y rueda helicoidal 60
 4.7 Material seleccionado 61
 4.7.1 Aspectos más importantes 61
 4.7.2 Punto de vista mecánico (Nylamid) 62
 4.7.3 Ventadas del Nylamid 63
 4.7.4 Aplicaciones del Nylamid 63
 
Capitulo 5 Desarrollo 
 
 5.1 Diseño de la silla 64
 5.1.1 Diseño de la estructura 64
 5.2 Sistema de flotación 67 
 5.2.1 Flotando en la superficie 67
 5.3 Mecanismo de movimiento 69
 5.3.1 Mecanismo propuesto 69
 5.4 Construcción de la silla 70
 5.4.1 Ensamble de la estructura 70
 5.4.1.1 Soldadura MIG 72
 5.4.2 Llantas, asiento y respaldo 73
 5.4.3 Construcción de los flotadores 75
 5.4.4 Mecanismo de movimiento 75
 5.4.5 Movimiento dentro del agua 76
 5.4.6 Resultado final 77
 5.4.6.1 Pruebas 78
 A) Flotabilidad 78
 B) Estabilidad 78
 C) Desplazamiento dentro del agua 79
 5.4.7 Evaluación de costos. 80
 5.5 Conclusiones 81
 
 Posibles Mejoras 82
 Bibliografía 83
 Anexos 84
 
 
 
 
 
 
 
 
 IV
 
 
Fig. Nombre Pag. 
1 Silla Landeez 4
2 Silla Amphi Buggy 4
3 Silla Marina Anfi 5
4 Bote Wheelmaster 5
5 Distribución porcentual de población según grupos de edad y sexo 6
6 Distribución porcentual de la población según tipo de discapacidad 7
7 Causas de discapacidad en México. 8
8 Discapacidad por edad en México 9
9 Distribución porcentual de usuarios de servicios de salud según institución 9
10 Corte de una piscinaelevada 18
11 Piscina hundida 19
12 Muletas 20
13 Grúa 20
14 Elevadores 21
15 Las tres etapas de la termofluencia 28
16 Relajación de esfuerzos 29
17 Comportamiento ante la fatiga 30
18 Postura y esfuerzo 35
19 Campana de Gauss 35
20 Estatura 38
21 Alcance sobre la cabeza 39
22 Altura del ojo 39
23 Altura codo-silla 40
24 Alcance anterior 40
25 Altura poplitea 40
26 Ancho de cadera 40
27 Campo motor en el plano vertical 41
28 Campo motor en el plano horizontal 42
29 Dimensiones del campo motor horizontal 43
30 Principio de Arquímedes 48
31 Fuerza de empuje 49
32 Energía potencial 50
33 Actuación de fuerzas de empuje 52
34 Graficas de representación del empuje 54
35 Mecanismo cadena - rueda dentada 55
36 Relación de velocidades 56
37 Engranes rectos 58
38 Engranes cónicos 59
39 Tornillo sin fin y rueda helicoidal 60
40 Presentaciones nylamid 63
41 Aplicaciones nylamid 63
42 Estructura de la silla 66
43 Silla de ruedas anfibia virtual 66
44 Flotación 67
45 Sistema de flotación de la silla 68
46 Mecanismo de movimiento 69
47 Tubo de acero laminado 70
48 Dobladora de tubo 70
49 Estructura primaria 71
50 Partes complementarias 71
51 Estructura final 73
 
INDICE DE FIGURAS 
 
 V
 
 
52 Llanta de 26” 73
53 Llanta de 20” 73
54 Horquilla 74
55 Rueda de dirección 74
56 Tela de nylon 74
57 Ensamble de las ruedas 74
58 Poliestireno 75
59 Flotador delantero 75
60 Flotadores traseros 75
61 Catarina de 18 dientes 76
62 Catarina de 44 dientes 76
63 Aspas 76
64 Silla de ruedas anfibia para hidroterapia 77
65 Silla flotando 78
66 Prueba de estabilidad 78
67 Desplazamiento dentro del agua 79
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 VI
 
Silla de ruedas anfibia para 
hidroterapia. 
 
 
Palabras clave: 
Anfibio, flotabilidad, polímeros, antropometría, ergonomía, biomecánica, guiado 
diferencial (sistema de dirección), nylamid, rehabilitación, hidroterapia, 
estabilidad. 
 
Resumen 
Dentro de las formas más utilizadas para la introducción de pacientes 
con problemas en miembros inferiores que realizan rehabilitación con 
hidroterapia, encontramos las muletas, andaderas, camillas y grúas. Estos 
métodos son complicados ya que en su mayoría representan riesgo además de 
dolor para el paciente. Por todo ello este proyecto se propone como una 
alternativa para acceder al tanque de hidroterapia, brindando seguridad y 
comodidad al paciente. 
En la primera parte del proyecto se realizo, el diseño de la silla, un 
estudio de materiales para determinar el material mas apropiado para su 
construcción tomando en cuenta que estará en contacto con el agua, el sistema 
de flotación para la silla con la finalidad de brindar seguridad dentro del tanque, 
además el mecanismo que le permitirá movimiento a la silla tanto dentro como 
fuera del agua. 
 
 En la segunda parte del proyecto se realizo la construcción de la silla de 
ruedas anfibia, además de las pruebas correspondientes que validan el 
funcionamiento de la silla. 
 Al concluir ambas partes el resultado final fue una silla de ruedas anfibia 
para hidroterapia, la cual cuenta con flotabilidad y estabilidad, para brindar 
seguridad al paciente, la silla cuenta con un peso aproximado de 15 kg, 
soportando dentro del agua aproximadamente 150 kg. 
 
Abstract 
 
Within the most used forms for the introduction of patients with problems 
in inferior members to the hydrotherapy tank, we found crutches, sings, 
stretchers and cranes. These methods are complicated, since they represent 
risk, in addition to pain for the patient. That’s why this project represents an 
alternative to accede to the hydrotherapy tank, offering security and comfort to 
the patient. 
 
RESUMEN 
 
 VII
In the first part of the project, I made the design of the chair and an study 
of materials to determine the most appropriate material for its construction, 
which was made taking into account that will be in contact with water, the 
floating system for the chair with the purpose of offering security within the tank, 
in addition the mechanism that will allow movement as much inside as outside 
the water. 
 
In the second part of the project, I made the construction of the 
amphibious wheelchair, in addition to the corresponding tests, that they validate 
the operation of the chair. 
 
When concluding both parts, the final result was an amphibious 
wheelchair for hydrotherapy, which counts on buoyancy and stability, to offer 
security to the patient, the chair counts on a weight about 15kg, supporting 
within the water about 150kg. 
 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
2 
 
 
 
 
 
1. Objetivos 
 
Objetivo General: 
 
Diseñar y construir una silla de ruedas anfibia que facilite al paciente el 
acceso al tanque de hidroterapia, de manera independiente y segura. 
 
Objetivos particulares: 
 
 
 Diseñar y construir la estructura de la silla, aplicando ergonomía. 
 
 Realizar un estudio de materiales con el propósito de seleccionar el material 
para la construcción de la estructura. 
 
 Implementar un sistema mecánico por medio del cual la silla tenga 
movimiento y el paciente pueda desplazarse con la silla tanto fuera como 
dentro del tanque (movimiento en el plano). 
 
 Lograr que el sistema tenga flotabilidad y estabilidad para que el usuario 
lleve a cabo de manera segura su rehabilitación con hidroterapia. 
 
 Reducir costos, con la finalidad de que tengan acceso personas de bajos 
recursos. 
 
 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
3 
 
 
 
 
 
2. Introducción 
 
En el presente trabajo se muestra la investigación necesaria para diseñar y 
construir una silla de ruedas anfibia con el propósito de facilitar el acceso al tanque 
de hidroterapia. El objetivo es introducir a pacientes que presentes problemas de 
movilidad en sus miembros inferiores a consecuencia de enfermedades 
reumáticas, ortopédicas o neurológicas. La hidroterapia es de gran valor en el 
tratamiento de estas enfermedades, pues el calor del agua disminuirá, el dolor y 
espasmo muscular, mientras que la flotación permite la práctica de ejercicios sin 
peso, aliviando el esfuerzo al que se ven sometidas las articulaciones. El paciente 
puede moverse con mayor comodidad en la piscina que en tierra firme. 
 
JUSTIFICACION 
 
Las personas que tienen algún tipo de discapacidad en México son: 1 millón 
795 mil, lo cual representa 1.8% de la población total. Del total de la población con 
discapacidad, 45% presenta limitación motriz; 26%, visual; 16%, mental; casi con 
el mismo porcentaje, auditiva; y 5%, de lenguaje. Además, existen otros tipos de 
discapacidad que representan menos de 1%. INEGI 2004. 
 
Como podemos ver la discapacidad con mayor porcentaje es la motriz, 
dentro de las enfermedades que originan esta discapacidad puede ser del tipo 
ortopédico, reumático o neurológico, tomando esto en cuenta sabemos que la 
hidroterapia contribuye a la curación de este tipo de enfermedades, por lo cual se 
tiene la necesidad de presentar nuevos apoyos en lo que se refiere a este tipo de 
rehabilitación. Las muletas, las grúas son algunos métodos que se utilizan para 
acceder al tanque de hidroterapia, para muchos pacientes resultan complicados ya 
que la mayoría presentan problemas de movilidad además de dolor, por lo cual se 
tiene la necesidad de crear una alternativa que represente comodidad y seguridad 
para el paciente y pueda realizar su terapia con toda seguridad, y facilitar el 
trabajo al fisioterapeuta. 
IPN – UPIITAING. BIONICA 
4 
 
 
 
 
3. Antecedentes 
 
En la actualidad y de manera comercial existen, tres tipos de sillas de 
ruedas anfibia, landeez, amphi buggy, marina anfi, las cuales son de origen 
español y de origen Africano el bote Wheelmaster . 
 
A continuación se describen brevemente: 
 
 3.1 Silla Landeez 
 
El chasis de esta silla está hecho en acero inoxidable y aluminio, las ruedas 
delanteras permiten un giro de 360 grados, su asiento está hecho de nylon de alta 
resistencia, los antebrazos de la silla y la base para descansar los pies son 
reclinables. La silla soporta un peso máximo de 120 kilogramos. La altura del 
asiento al suelo es de 50 centímetros. Actualmente su precio es de 2200 euros1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Silla Landeez 
http://www.oasisllc.com/spanish/tiralo.htm 
 
 3.2 Silla Amphi Buggy 
 
Su estructura está hecha de un marco de aluminio ligero y plegable, los 
antebrazos de la silla son de PVC, los materiales soportan la sal, la arena y el sol 
de una playa. El peso máximo que soporta la silla es de 150 kilogramos. El precio 
de esta silla es de 2500 euros2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Silla Amphi Buggy 
http://www.oasisllc.com/spanish/tiralo.htm 
 
1, 2 Sillas anfibias (www.oasisllc.com/spanish/tiralo.htm) 
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3.3 Silla Marina Anfi 
 
Su estructura esta hecha de aluminio y acero inoxidable. Posee flotadores 
desmontables y la base para descansar los pies puede cambiar su inclinación para 
la comodidad del usuario. Para jalarlo está provisto de una barra mediante la cual 
puede dársele cualquier dirección. El peso máximo que soporta es de 100 
kilogramos. Su precio es de 2000 euros3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Silla Marina Anfi. 
http://www.oasisllc.com/spanish/tiralo.htm 
 
 
3.4 Bote Wheelmaster 
 
Éste bote puede ser armado desde la propia silla por el usuario y al ser 
armada en tierra, sus flotadores no estorban la movilidad de la silla. El usuario 
puede moverse independientemente, incluso dentro del agua mediante unos 
remos o un pequeño motor eléctrico colocado en la parte anterior de la silla. Los 
flotadores son goma y soportan de 120 a 130 kilogramos con la característica de 
que el usuario no toca el agua. Una asociación Surafricana ha aprobado el uso de 
este bote a 500 metros de una playa con equipo de seguridad4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Bote Wheelmaster. 
http://www.oasisllc.com/spanish/tiralo.htm 
 
3, 4 Sillas anfibias (www.oasisllc.com/spanish/tiralo.htm) 
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4. Marco Teórico 
 
4.1 Discapacidad en México 
 
Según el XII Censo General de Población y Vivienda 2000, una persona 
con discapacidad "Es aquella que presenta una limitación física o mental de 
manera permanente o por más de seis meses que le impide desarrollar sus 
actividades en forma que se considera normal para un ser humano". 
 
 
En 
ico... Méx 
Según el Censo, las personas que tienen algún tipo de 
discapacidad son 1 millón 795 mil, lo cual representa 1.8% de 
la población total. 
 
Por edad y sexo 
 
En la siguiente gráfica podrás observar que en los grupos de edad de 10 a 
14 y de 60 a 79 años se incrementa el porcentaje de personas con discapacidad. 
Por el contrario, los puntos más bajos se presentan en los grupos de edad de 0 a 
4, de 15 a 39, así como en el de 80 años y más. 
 
 
 
Figura 5. Distribución porcentual de población según grupos de edad y sexo 
 
FUENTE: INEGI. Las personas con discapacidad en México: una visión censal. 
Aguascalientes, México, INEGI, 2004. 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
7 
 
 
 
 
4.1.1 Tipos de discapacidad 
 
Los más conocidos son: 
 
Motriz. Se refieren a la pérdida o limitación de una persona para moverse, 
caminar, mantener algunas posturas de todo el cuerpo o de una parte del mismo. 
Visual. Incluye la pérdida total de la vista, así como la dificultad para ver con uno o 
ambos ojos. 
Mental. Abarca las limitaciones para el aprendizaje de nuevas habilidades, 
alteración de la conciencia y capacidad de las personas para conducirse o 
comportarse en las actividades de la vida diaria, así como en su relación con otras 
personas. 
Auditiva. Corresponde a la pérdida o limitación de la capacidad para escuchar. 
De lenguaje. Limitaciones y problemas para hablar o transmitir un significado 
entendible. 
 
Del total de la población con discapacidad, 45% presenta limitación motriz; 
26%, visual; 16%, mental; casi con el mismo porcentaje, auditiva; y 5%, de 
lenguaje. Además, existen otros tipos de discapacidad que representan menos de 
1%. 
 
 
 
Figura 6. Distribución porcentual de la población según tipo de discapacidad, 2000 
Nota: La suma de los porcentajes puede superar 100% porque algunas personas presentan más de una discapacidad. 
 
FUENTE: INEGI. Las personas con discapacidad en México: una visión censal. 
Aguascalientes, México, INEGI, 2004. 
 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
8 
 
 
 
 
Una persona puede tener más de una discapacidad, por ejemplo: los 
sordomudos tienen una limitación auditiva y otra de lenguaje o quienes sufren de 
parálisis cerebral presentan problemas motores y de lenguaje. 
 
4.1.2 Causas de discapacidad 
 
Los motivos que producen discapacidad en las personas pueden ser 
variados, pero el INEGI los clasifica en cuatro grupos de causas principales: 
nacimiento, enfermedad, accidente y edad avanzada. 
 
De cada 100 personas discapacitadas: 
 
o 32 la tiene porque sufrieron alguna enfermedad. 
o 23 están afectados por edad avanzada. 
o 19 la adquirieron por herencia, durante el embarazo o al momento de 
nacer. 
o 18 quedaron con lesión a consecuencia de algún accidente. 
 
El resto corresponde a las personas que no especificaron el motivo de si 
discapacidad (6.7%) y a las que tienen una causa de discapacidad diferente a las 
mencionadas fue ocasionada por otras causas (1.9%). 
 
 
 
 
 
Figura 7. Causas de discapacidad en México. 
 
 
FUENTE: INEGI. Una visión censal. Aguascalientes, México, INEGI, 2004 
Salud, Educación y Trabajo en las personas con discapacidad 
 
 
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9 
 
 
 
 
De cada 100 personas discapacitadas 95 son usuarios de los servicios de 
salud públicos o privados y 44 de ellos son adultos mayores. 
 
 
 
 
Figura 8. Discapacidad por edad en México. 
 
 
FUENTE: INEGI. Una visión censal. Aguascalientes, México, INEGI, 2004. 
 
 
La institución qué más personas discapacitadas atiende es el Instituto 
Mexicano del Seguro Social (IMSS), donde reciben servicios de salud 33 de cada 
100. 
 
 
 
 
 
Figura 9. Distribución porcentual de usuarios de servicios de salud según institución.Fuente: INEGI. Una visión censal. Aguascalientes, México, INEGI, 2004. 
 
 
 
 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
10 
 
 
 
 
 
Educación 
 
A nivel nacional e internacional, existen organizaciones que trabajan en 
favor de que las personas con discapacidad tengan igualdad de oportunidades; 
por ello, se han obtenido grandes avances, como el acceso a la educación, que 
hace algunos años no era posible. 
 
De acuerdo con los resultados del XII Censo General de Población y 
Vivienda 2000, mientras 91% del total de la población entre 6 y 14 años asiste a la 
escuela, entre las personas con discapacidad el número baja de forma 
considerable hasta 63%. 
De los jóvenes con discapacidad que tienen entre 15 y 29 años, sólo 15.5% 
asiste a la escuela. Casi 10 % de la población total del país que tiene 15 años y 
más no sabe leer y escribir; en la población con discapacidad este dato representa 
32.9%. 
 
De cada 100 personas de 15 años y más con discapacidad: 
 
o 36 no cursan ningún grado escolar. 
o 46 tienen educación básica (primaria y secundaria) incompleta. 
o 7 tienen educación básica completa. 
o 5 han cursado algún grado de educación media superior. 
o 4 cuentan con educación superior. 
 
Trabajo 
 
Así como se han conseguido avances importantes para la población con 
discapacidad en áreas como la educación y la salud, también se han impulsado 
cambios legales que prohíben la discriminación o distinción hacia cualquier 
persona que trabaje o desee realizar algún empleo en razón de su discapacidad. 
Por sectores, el que concentra a la mayor proporción de personas ocupadas con 
discapacidad son los servicios y el comercio (48.5%), seguido por la industria 
(24.5%) y la explotación forestal, agricultura, ganadería, pesca, extracción de 
minerales, etcétera (23.8%). 
 
De cada 100 personas con discapacidad: 
 
o 27 dedican menos de 34 horas a la semana a su empleo 
o 39 trabajan entre 35 y 48 horas 
o 30 laboran más de 48 horas. 
 
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11 
 
 
 
 
 
4.2 Hidroterapia 
 
El agua representa para el ser vivo en general uno de los elementos 
esenciales para su supervivencia. Al hombre, entre otras utilidades, ese líquido 
también le reporta beneficios inestimables cuando es usado en terapias de 
diversos tipos. Según M. H. Duffield5 menciona que existen documentos que 
demuestran el conocimiento y la utilización de la hidroterapia ya por los antiguos 
pueblos chinos, pero su utilización propiamente dicha solamente se difundió a 
partir del siglo XIX, cuando el pastor protestante Sebastián Kneipp (1821-1897 ) la 
sistematizo. 
 
La hidroterapia es el proceso terapéutico que consiste en el tratamiento de 
todo el cuerpo o de algunas de sus partes con agua a temperaturas variadas. 
Puede contribuir a la curación de las enfermedades ortopédicas, reumáticas o 
neurológicas, a través de la presión ejercida sobre el cuerpo, de los baños simples 
o con la adición de determinados productos, del efecto de propulsión de arriba 
hacia abajo y de acciones localizadas. Y ello porque actúan sobre el metabolismo, 
el sistema nervioso y la circulación sanguínea. 
 
Aunque las técnicas hidroterapéuticas fueron utilizadas en la antigüedad - 
Hipócrates (460 a 337 a.C.), por ejemplo, menciona algunas de ellas -, fueron 
abandonadas durante mucho tiempo y sólo volvieron a cobrar cierta importancia 
en el siglo XVIII, gracias a los trabajos de los doctores Sigmund Hahn (1664 1742) 
y su hijo Johann Sigmund Hahn (1696-1773). A partir de esos trabajos, Vinceriz 
Priessnitz (1799-1851) creó la terapia por el agua fría asociándola a aplicaciones 
sudoríficas y una dieta alimenticia grosera mixta. Pero quien realmente renovó la 
hidroterapia moderna fue el pastor protestante Sebastián Kneipp (1821 -1897), 
cuyo postulado básico era que las enfermedades aparecen en el hombre cuando 
su fuerza natural es minada por una alimentación inadecuada y un modo de vida 
antinatural. Sus métodos, conocidos aún hoy como la "cura de Kneipp", incluían 
no sólo baños completos y parciales de agua fría y caliente, sino también chorros 
de agua, ejercicios físicos, el uso de hierbas medicinales y una dieta saludable. 
 
4.2.1 Enfermedades tratadas con hidroterapia 
 
Entre las enfermedades tratadas con hidroterapia se encuentran: 
 
o Reumáticas. 
o Neurológicas. 
o Ortopédicas. 
 
 
5 Ejercicios en el agua, España 1988 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
12 
 
 
 
 
 
 
 
A) Enfermedades reumáticas 
 
Las enfermedades reumáticas tienen la característica de causar dolor, 
paralización de los movimientos, debilidad muscular, deformidad y disminución de 
la capacidad funcional6. 
 
 El dolor en las articulaciones afectadas en la proximidad de las mismas 
conduce a una tensión y a un espasmo en ciertos grupos musculares que actúan 
sobre ellas. En la piscina se mejora el dolor por el calor del agua que rodea a la 
articulación, ayudando a la relajación que, a su vez, consigue una mejoría del 
dolor. La flotación en el agua ejerce un apoyo de la parte y disminuye el esfuerzo 
de las articulaciones. 
 La limitación del movimiento y rigidez en las articulaciones se ven 
disminuidas debido en parte a la mejoría del dolor y en parte al apoyo de la 
flotación durante el movimiento. 
 La debilidad muscular en los grupos que rodean la parte, puede mejorarse 
por ejercicios graduados. Al principio la flotación se utiliza para ayudar al músculo, 
y gradualmente, el efecto de la flotación se ve disminuido hasta que el ejercicio 
puede llevarse a cabo sin la flotación como resistencia. 
 La deformidad es una característica de ciertas enfermedades de este 
grupo. Nuevamente, el calor del agua ayuda al músculo a relajarse y, como 
consecuencia, se consigue una corrección de la deformidad. Los músculos 
afectados no deben enfrentarse con el problema de la gravedad. 
 La disminución de la capacidad funcional se contrarresta a medida que 
los ejercicios ayudan a mejorar la función muscular, elevando la confianza del 
paciente, en su propia capacidad, para llevar a cabo movimientos similares en 
tierra firme. 
 
Entre las enfermedades reumáticas tratadas con hidroterapia se encuentran: 
 
o Artritis reumatoide. 
o Osteoartritis. 
o Espondilitis anquilosante. 
 
La hidroterapia es de gran valor en el tratamiento de muchas de estas 
enfermedades, pues el calor del agua disminuirá el dolor y el espasmo muscular, 
mientras que la flotación permite la practica del ejercicio sin peso, aliviando el 
esfuerzo al que se ven sometidas las articulaciones. El paciente puede moverse 
con mayor comodidad en la piscina que en tierra firme. 
 
6 Ejercicios en el agua, España 1988 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
13 
 
 
 
 
 
 
 B) Enfermedades neurológicas 
 
Las enfermedades neurológicas se caracterizan por la presencia de 
parálisis o debilidad de las extremidades de los pacientes, alteración del tono 
muscular, formación de contracturas y pérdida del movimiento articular, pérdida de 
coordinación, alteración circulatoria y dolor7.Debilidad o parálisis. Un paciente está paralizado si es incapaz de llevar a 
cabo movimientos voluntarios. Cuando está afectada la neurona motora superior, 
el paciente es incapaz de iniciar movimiento voluntario, aunque los músculos sean 
capaces de contraerse. Este estado se conoce como parálisis de movimientos. Si 
esta afectada la neurona motora inferior, el paciente es incapaz de realizar 
movimientos voluntarios por que esta lesionada la vía final común y está perdida la 
capacidad de contracción muscular; esto se conoce como parálisis de los 
músculos. La falta de uso conduce eventualmente a una atrofia muscular que 
impedirá la recuperación cuando la capacidad de movimientos voluntarios 
comienza a volver. 
 
 Alteración del tono. El tono puede estar incrementado, disminuido o 
completamente ausente. El incremento del tono se debe a la falta de inhibición de 
la actividad de las células del asta anterior o a la irritación de la posición 
excitadora de la formación reticular. La primera tiene lugar en las lesiones de la 
neurona motora superior; por ejemplo, la elasticidad de la hemiplejía. Esto se 
caracteriza por una mayor resistencia a los movimientos pasivos, que es máxima 
al comienzo de los mismos. La espasticidad predomina en los flexores de la 
extremidad superior y en los extensores de la extremidad inferior. 
 
 Formación de la contractura y pérdida del movimiento articular. Las 
contracturas y las deformidades dificultan la recuperación de la fuerza voluntaria. 
Se deben a la contractura de las estructuras articulares fibrosas o a un 
agotamiento adaptativo de los músculos a causa del desequilibrio muscular. Esto 
se ve en el típico brazo hemipléjico o en la contractura de los músculos de la 
pantorrilla que sigue a la parálisis de los músculos tibiales anteriores. Las 
articulaciones rígidas resultantes limitan los movimientos voluntarios. 
 
 Pérdida de coordinación. La coordinación del movimiento depende de la 
correlación correcta de todas las vías del sistema nervioso y del trabajo armonioso 
resultante de los grupos musculares. Si alguna de las vías está lesionada, se 
presenta una incoordinación, lo que puede ocasionar un desequilibrio muscular, 
debilidad muscular o espasticidad. Existen otros dos tipos de incoordinación como 
son la ataxia sensorial y la cerebelosa. En la ataxia sensorial, el paciente 
7 Ejercicios en el agua, España 1988 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
14 
 
 
 
 
 
desconoce la posición de sus extremidades en el espacio, a menos que utilice su 
visión para saber donde están. 
 
 
En la ataxia cerebelosa, la influencia del control del cerebro se ha perdido, por lo 
que existe una incapacidad de llevar a cabo movimientos suaves con una 
finalidad. 
 
Aun que la incoordinación asociada con la debilidad muscular y la 
espasticidad responde a la hidroterapia, los pacientes con ataxia sensorial o 
cerebelosa, en realidad se benefician poco. Mientras una persona normal 
considera difícil mantener su equilibrio en el agua – en parte debido a la flotación y 
en parte debido a la turbulencia creada por el movimiento – el paciente atóxico 
tiene mucha mayor dificultad, lo que se intensifica por el efecto de refracción que 
altera la visión de las extremidades a través del agua. 
 
 Alteración circulatoria. La pérdida del movimiento voluntario conduce a 
una ausencia de gobierno de los músculos y así se disminuye la circulación. Esto 
afecta a la nutrición de todas las estructuras e incluso de la piel y de los músculos 
afectados. 
 
 Dolor. El dolor impide los movimientos voluntarios y se debe a varias 
razones. Las causas más corrientes son el estiramiento de las contracturas 
durante el tratamiento, la inflamación activa en las vainas nerviosas o en las 
meninges y la acumulación de metabolitos como consecuencia de la circulación 
alterada o del estiramiento de las contracturas durante el tratamiento. 
 
Las enfermedades neurológicas comunes que son tratadas con hidroterapia son: 
 
o Hemiplejía. 
o Paraplejía. 
o Esclerosis múltiple. 
o Polineuritis. 
o Poliomielitis anterior. 
o Lesiones nerviosas periféricas. 
o Lesiones del plexo braquial. 
 
Tanto el agua caliente como la acción de apoyo de la misma, ayudan a 
disminuir el dolor, y el calor también mejora la circulación. A medida que se alivia 
el dolor, debe tener cuidado en no forzar las contracturas durante los movimientos 
pasivos, pues esto intensifica el dolor. 
 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
15 
 
 
 
 
 
C) Enfermedades ortopédicas 
 
Las enfermedades ortopédicas adecuadas para la terapéutica en la piscina 
pueden caracterizarse por dolor, contusión, espasmo muscular, inflamación, 
limitación de los movimientos articulares, debilidad muscular, incoordinación y mal 
equilibrio y marcha anormal8. 
 
 
Dolor y espasmo muscular. La parte que es dolorosa o está sometida a 
espasmo muscular está completamente sumergida en el agua, y por lo tanto 
recibe calor. Este efecto se mantiene a lo largo de todo tratamiento. 
 Contusión e inflamación. El agua caliente favorece la circulación y, por lo 
tanto, contribuye a la dispersión de la contusión. La inflamación puede ser aguda o 
crónica y puede disminuirse por la mejora de la circulación y también por la 
presión del agua sobre las extremidades. Ésta es superior en el fondo de la 
piscina según la ley de Pascal. 
 Limitación del movimiento de las articulaciones. El tratamiento en la 
piscina es benéfico para la rigidez de las grandes articulaciones, tales como la 
cadera, la rodilla, hombro y articulaciones de la columna vertebral. La amplitud de 
los movimientos se facilita en la posición de flotación apoyada. En los estadios 
precoces del tratamiento, los ejercicios se llevan a cabo con flotación que ayuda a 
mover la parte en la amplitud máxima posible dentro del límite del dolor. 
 Debilidad muscular. El calor del agua incrementa la circulación en los 
músculos y mejora así su función. La reducción de los músculos débiles puede 
graduarse suavemente desde la flotación ayudada, a través de la flotación 
contraequilibrada hasta la flotación con ejercicios resistidos. 
 Incoordinación y mal equilibrio. Debido al efecto de la disminución del 
peso por la flotación, un paciente puede estar de pie en la piscina sin apoyo, tal 
como bastones o muletas, antes de llevarlas en tierra firme. Esto significa que el 
equilibrio y la coordinación de los músculos de la extremidad inferior pueden 
entrenarse en un estado más precoz que en tierra firme. 
 Marcha anormal. La reducción de la marcha puede comenzar precozmente 
en la piscina. La marcha con sujeción parcial de peso se lleva a cabo al principio 
en el agua profunda (el nivel del agua hasta la axila del paciente), y a medida que 
el paciente mejora, el nivel del agua se reduce gradualmente hasta caminar en las 
partes menos profundas de la piscina. Así existe una transición gradual desde el 
soporte parcial de peso hasta el soporte total. Los bastones con peso pueden 
utilizarse para enseñar al paciente el patrón correcto antes de utilizarlo en tierra 
firme. Si un paciente tiene un acortamiento en una extremidad inferior, llevará un 
zapato, fabricado con más peso, para utilizarlo en la piscina. 
 
 
8 Ejercicios en el agua, España 1988 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
16Entre este tipo de lesiones que pueden tratarse con hidroterapia, están: 
 
o Fracturas y luxaciones. 
o Intervenciones quirúrgicas de la columna vertebral. 
o Lesiones de los tejidos blandos. 
 
La flotación en el agua permite una suave graduación de la progresión en el 
fortalecimiento de los músculos en las grandes articulaciones y ofrece una 
disminución del peso en la reducción de la marcha. Debido al calor del agua se 
mejora el dolor del trauma o el que existe después de una intervención quirúrgica. 
 
La terapia en la piscina debe seguirse siempre junto con ejercicios 
suplementarios en tierra firme. 
 
4.2.2 Efectos fisiológicos y terapéuticos 
 
Cuando los pacientes son sumergidos en el agua de la piscina, tienden a 
elevar su temperatura corporal debido a que, en primer lugar, el agua de la piscina 
se encuentra a una temperatura mayor que la corporal que normalmente se 
encuentra a 33.5 grados Celsius. El aumento de la temperatura varía de paciente 
a paciente y en promedio es de 37.5 grados Celsius. En segundo lugar, el cuerpo 
también absorbe calor debido a la contracción de los músculos durante el 
ejercicio. Durante los ejercicios en el agua, es común que los pacientes pierdan 
parte del calor absorbido bajo el agua por medio de la sangre en los vasos 
cutáneos y las glándulas sudoríparas de las áreas del cuerpo que no están 
sumergidas. Cuando la piel se calienta, aumenta el riego sanguíneo periférico 
debido a la dilatación de los vasos sanguíneos superficiales; por tanto, la sangre 
que viaja por estos vasos se calienta y por convección, se eleva la temperatura de 
las estructuras más cercanas como es el caso de los músculos, permitiendo que 
los vasos de éstos músculos se dilaten y de ésta manera se ve aumentado el riego 
sanguíneo de los músculos subyacentes. 
 
Cuando los pacientes entran a la piscina, adquieren un aumento 
momentáneo de la presión pues los vasos cutáneos se contraen causando la 
elevación de la resistencia periférica. La presión descenderá cuando las arteriolas 
se dilaten al poco tiempo de haber entrado en la piscina. El metabolismo general 
se ve incrementado debido al aumento del metabolismo de la piel y de los 
músculos por el aumento de la temperatura. El metabolismo general incrementa la 
demanda de oxígeno y la producción de dióxido de carbono provocando la 
elevación de la frecuencia respiratoria. La sensibilidad de las terminaciones 
nerviosas sensoriales se disminuye por el calor suave del agua y a la vez 
disminuye el tono de los músculos por la sangre que pasa a través de ellos. 
 
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Cuando los pacientes salen de la piscina, las glándulas sudoríparas entran 
en funcionamiento permitiendo que los pacientes pierdan el calor absorbido por 
medio también de la pérdida de calor de los capilares superficiales, volviendo la 
temperatura a la normalidad al igual que el metabolismo, la frecuencia cardiaca 
respiratoria, la distribución sanguínea y la presión. 
 
Los efectos fisiológicos ocasionados por el ejercicio en el agua permiten 
que el riego sanguíneo de los músculos actuantes se incremente y por los 
cambios químicos debidos a las contracciones de los músculos se genera calor, 
elevando la temperatura muscular. La demanda de oxígeno y el aumento de 
dióxido de carbono por el ejercicio de los músculos permiten los mismos 
beneficios que los producidos por la temperatura del agua. 
 
Existen además de los beneficios, ciertos efectos desfavorables. En primer 
lugar, la presión sanguínea del paciente se ve aumentada cuando entra en la 
piscina, por lo que el paciente debe entrar lentamente para disminuir los efectos. 
En segundo lugar, el paciente puede sentir escalofríos debido a la pérdida de 
calor. En tercer lugar, ni el paciente ni el fisioterapeuta deben comer una hora 
antes de la hidroterapia debido a que durante ella, los vasos esplácnicos se 
contraen. En cuarto lugar, el paciente puede sentirse fatigado al salir de la piscina 
debido a la anemia cerebral provocada por el descenso de la tensión sanguínea y 
la acumulación de metabolitos. 
 
4.2.3 Área para Hidroterapia 
 
El área de hidroterapia debe ser autosuficiente, debe contar con salas de 
cambio, descenso y habitaciones utilitarias, y un amplio espacio para ropas y 
equipos. El área debe estar construida con un mínimo de puertas, y éstas, al igual 
que los pasillos, deben ser lo suficientemente amplios para permitir un paso fácil 
de las sillas de ruedas. También deberá haber suficiente espacio para girar las 
camillas si es necesario y un lugar de aparcamiento temporal de las camillas y de 
las sillas de ruedas. Las dimensiones dependen de las exigencias de cada hospital 
y del tipo y cantidad de pacientes que se someten a tratamiento. 
 
El área de la piscina debe estar bien iluminada, preferiblemente por luz 
natural y diseñada para ofrecer una sensación de amplitud. La misma piscina debe 
ser lo suficientemente amplia para permitir que el paciente progrese a lo largo de 
todo su programa de rehabilitación, desde el empleo de un apoyo total en una 
camilla hasta un apoyo parcial para nadar y llevar acabo otras actividades 
recreativas. 
 
Una piscina de 2.5 x 3 metros puede servir para acoger a dos pacientes y 
un fisioterapeuta al mismo tiempo, pero su uso es limitado en comparación con 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
18 
 
 
 
 
una piscina de 3.6 x 6 metros en la que pueden estar siete u ocho pacientes y tres 
fisioterapeutas. Así cuanto mayor sea la piscina, mas rendimiento puede 
obtenerse de ella. 
 
Cuando la natación es parte integral de la rehabilitación del paciente, como 
ocurre en el tratamiento de las lesiones espinales, es necesaria un área mayor, es 
decir, 9 x 4.5 m. 
 
La zona de la piscina se mantiene habitualmente a temperatura de 23.9 °C 
(75 °F) y las salas de cambio y de descanso a 18.3 °C (65 °F). Con la ventilación 
debe evitarse una condensación demasiado excesiva y a este propósito, tanto el 
techo como las paredes tendrán una superficie especial. La humedad se 
mantiene entre el 50 y el 60%. 
 
 4.2.4 Piscinas para hidroterapia 
 
En la actualidad, las piscinas se construyen de cemento reforzado, una 
capa de asfalto reforzado y una segunda capa de cemento reforzado. Como 
materiales de recubrimiento se utilizan baldosas, mosaico, fibra de vidrio o 
plástico; si se emplean baldosas, no deben tener la superficie lisa con el fin de 
evitar deslizamientos. Las piscinas prefabricadas de fibra de vidrio se fabrican en 
la actualidad de tamaños estandarizados que pueden aumentarse añadiendo otra 
sección. Este tipo de piscinas pueden ser más baratas y más fácil de instalar en 
un futuro. 
 
A) Elevadas 
 
Las piscinas pueden ser hundidas o elevadas; las del primer tipo están 
construidas en huecos hechos en el suelo de manera que quede su borde superior 
a nivel del suelo, mientras que las del otro tipo están elevadas unos 70 cm en la 
pared (aproximadamente a la altura de la cintura). La elección de un tipo u otro 
depende de la preferencia individual o necesidades del hospital debido a que cada 
tipo tiene indicaciones especiales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. Corte de una piscina o tanque elevado. 
Ejercicios en el agua. Pág. 75 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
19B) Hundidas 
 
Las piscinas hundidas están rodeadas por un borde de unos 20.5 
centímetros de alto y tienen unas escaleras por las que los pacientes pueden 
acceder (Figura11). Éstas pueden estar construidas en la misma piscina o 
realizadas posteriormente y adosadas a una pared. 
 
En éste tipo de piscinas, el paciente menos escaleras que subir que en el 
caso de las piscinas elevadas, además de que en su mayoría cuentan con rampas 
de acceso. El empleo de una piscina hundida exige que el fisioterapeuta 
permanezca en la misma mientras dura el tratamiento del paciente. 
 
 
 
Muchos terapeutas creen que este tipo de piscinas facilitan el tratamiento 
ideal; la sujeción del paciente por el fisioterapeuta es más firme y éste ejerce 
control sobre todos sus movimientos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11. Piscina Hundida 
Ejercicios en el agua. Pág. 81 
 
 
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4.2.5 Formas de acceso a la piscina 
 
A) Muletas 
 
Una de las formas mas sencillas de introducir a los pacientes al tanque de 
hidroterapia son las muletas, el inconveniente de este método es la poca 
seguridad que representa para los pacientes, las muletas suelen ser de aluminio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12. Muletas 
 
 
B) Grúa 
 
Dentro de lo mas utilizado se encuentra una grúa con gancho 
especialmente diseñada para llegar al paciente en una posición en la que este 
sentado y reclinado. El paciente se siente seguro en esta posición y la silla 
utilizada con esta grúa ocupa menos espacio que una camilla. 
 
 
 
Figura 13. Grúa (Camilla y Silla) 
 
 
 
 
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21 
 
 
 
 
C) Elevadores eléctrico y neumático 
 
Los elevadores se precisan para acceder a pacientes impedidos y para 
introducirlos y sacarlos de la piscina (Figura 14). Éstos elevadores pueden ser 
movidos eléctricamente, neumáticamente o por la fuerza del agua; los tipos 
mecánicos, con frecuencia no se utilizan actualmente. El elevador debe ser 
diseñado de forma que pueda ser manejado por un operador situado de modo 
que pueda controlar al paciente mientras esta utilizándose el elevador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14. Elevadores. 
http://www.acquavita.com.br 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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22 
 
 
 
 
4.3 Estudio de materiales 
 
 4.3.1 Introducción 
 
 Se realizó un estudio acerca de los diferentes tipos de materiales plásticos 
(polímeros) con la finalidad de poder seleccionar un material, con el cual se 
construirá la estructura de la silla, a continuación se dan a conocer los resultados 
de la investigación. 
 
 Para alcanzar esta meta debemos conocer las características, las 
propiedades y los procedimientos de elaboración de los plásticos. Los materiales 
compuestos (composites) son un grupo enteramente distinto de materiales, pero 
los más comunes entre ellos son los plásticos reforzados. Los plásticos reforzados 
constituyen la aplicación más importante de los plásticos (polímeros) en las 
estructuras en ingeniería, y su rendimiento esta limitado por las propiedades de los 
plásticos. Por lo tanto, resulta apropiado estudiar los plásticos reforzados en el 
contexto de los plásticos, en la medida en que analizamos las características y 
propiedades de estos últimos, que son el material de la matriz y el “eslabón débil” 
de los plásticos reforzados. 
 
 Por lo común, los términos plásticos, resinas y polímeros se toman como 
sinónimos. Sin embargo, hay algunas diferencias técnicas. Un polímero es un 
material puro, no adulterado, que habitualmente se considera como el producto 
macromolecular (de molécula grande) de cadena larga del proceso de 
polimerización9. Las cadenas parecen contener diversas combinaciones de 
carbono, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, cloro, flúor y azufre. Durante su 
manufactura son líquidos y, por tanto fácilmente moldeables a su estado de 
producto terminado sólido. Sin embargo, los polímeros puros, al igual que los 
metales puros, rara vez se utilizan como tales. Cuando se agregan aditivos a los 
polímeros, las “aleaciones” o “mezclas” se designan técnicamente como plásticos 
o resinas. Por consiguiente, usaremos los términos plástico o resina 
indistintamente. Vemos, por tanto, que los plásticos constituyen una clase muy 
grande y diversa de materiales, cuyo número es más de 15 000 y continua en 
aumento, y que presentan una amplia diversidad de propiedades y de 
características de elaboración. El tipo de unión que predomina en los materiales 
de esta clase es el covalente. 
 
 Los materiales compuestos o composites se definen como la combinación 
microscópica de materiales metálicos, cerámicos o poliméricos que tienen una 
interfase identificable entre ellos. Los términos clave son microscópica* y 
superficie de contacto identificable o interfase**. 
 
* Por extensión, extremadamente pequeño. 
** Zona de comunicación entre dos sistemas. 
9 Ciencia de materiales selección y diseño, México 2001 
IPN – UPIITA ING. BIONICA 
23 
 
 
 
 
 
Uno de los materiales recibe el nombre de matriz y el otro se conoce como 
el material de relleno o de refuerzo. El mas común de estos materiales, es el 
plástico reforzado, en el que la matriz es un plástico y el relleno puede ser un 
metal, una cerámica o un polímero en forma de partículas, fibras cortas o fibras 
largas continuas. 
 
Las propiedades y la capacidad de tratamiento de los plásticos dependen 
de la estructura y de la composición química de los polímeros. 
 
 
4.3.2 Tipos de plásticos y su clasificación 
 
Los dos tipos fundamentales de plásticos que mencionaremos son los 
Termoplásticos (TP) y los Termofijos (TF); los plásticos termoplásticos carecen de 
enlaces transversales y por ello pueden ser deformados por la temperatura, en 
cambio, los plásticos termofijos si poseen enlaces transversales en las cadenas 
macromoleculares y por ello no se deforman con la temperatura. 
 
 
4.3.2.1 Termoplásticos 
 
Los termoplásticos están compuestos de moléculas lineales largas y cada 
una de estas moléculas puede tener cadenas o grupos laterales. Cuando los 
termoplásticos son calentados, ocurre un deslizamiento de las cadenas 
individuales provocando un flujo plástico. Esta propiedad permite que se vuelvan a 
usar los desperdicios calentándolos de nuevo y moldearlos de nuevo. Los 
termoplásticos tienen mayor resistencia al impacto, mayor facilidad de tratamiento 
y adaptabilidad a diseños complejos. 
 
 
 
A) Poliolefinas 
 
Los polímeros que pertenecen a esta familia son los polietilenos, los 
polipropilenos, los polimetil-penteno, el polibutileno, el acetato de vinilo-etileno y 
los ionómeros. 
 
 
 
 
 
 
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24A continuación se dan las características: 
 
B) Polietilenos. 
 
o Son plásticos de mayor volumen. 
o Existen flexibles y rígidos. 
o Algunos tienen poca resistencia al impacto y otros son irrompibles. 
o Algunos son transparentes y otros son opacos. 
o Son tenaces. 
o Absorben de la humedad casi nula. 
o Excelente resistencia química. 
o Excelentes propiedades aislantes. 
o Pequeño coeficiente de fricción. 
o Facilidad de elaboración. 
o Resistencia química con ácidos y bases a temperatura ambiente. 
o Excelente resistencia dieléctrica. 
 
Aplicaciones: Revestimientos de alambres y cables, espumas y productos 
moldeados por rotación. 
 
C) Polipropilenos. 
 
o Semitranslúcidos y de color blanco lechoso. 
o Excelente coloreabilidad. 
o Fáciles de conformar para elaborar diversos productos. 
o Calidades diversas. 
o Poseen baja densidad. 
o Costo moderado. 
o Resistencia mecánica y rigidez. 
o Propiedades térmicas y eléctricas. 
o Resistentes a la fatiga. 
o Resistencia al agua. 
o Resistente a soluciones salinas y ácidas. 
o Resistentes a disolventes orgánicos y álcalis. 
o No es resistente a la fluencia. 
o Poca tenacidad al impacto. 
 
Aplicaciones: Fibras y Filamentos. 
 
 
 
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25 
 
 
 
 
D) Plásticos estirénicos. 
 
Esta familia de plásticos se caracteriza por su facilidad de tratamiento, 
dureza y excelentes propiedades dieléctricas pero su resistencia al calor es 
limitada y son atacados por disolventes de hidrocarburos aromáticos. 
 
A continuación se nombran los polímeros que pertenecen a esta familia. 
 
Poliestireno. 
Copolímeros de estireno-acrilonitrilo. 
Copolímeros de estireno-butadieno. 
Copolímeros ABS acrilonitrilo-butadieno-estireno. 
 
E) Plásticos vinílicos. 
 
Éstos son los principales polímeros y copolímeros a base de meros de 
vinilo. Son polímeros que se pueden plastificar para obtener gran diversidad de 
productos, presentan excelente resistencia al agua y a los químicos, resistencia 
mecánica y resistencia a la abrasión, además de ser auto extinguibles. Los vinilos 
presentan propiedades superiores a los del caucho natural en cuanto a flexión, 
resistencia a los ácidos, a los alcoholes, a la luz solar, desgaste y envejecimiento. 
Algunos ejemplos son: 
 
o Cloruro de polivinilo. (PVC) 
o Cloruro de polivinilo clorado. 
o Cloruro de polivinilideno. 
 
F) Acrílicos. 
 
Las características de los acrílicos es su excelente transparencia óptica y su 
resistencia a la exposición prolongada a la luz solar y a la intemperie. Entre sus 
aplicaciones están los letreros al aire libre, vidriados, pabellones de avión, 
tragaluces, faros traseros, carátulas, botones, etc. 
 
G) Polímeros a base de acrilonitrilo. 
 
A estos polímeros se les conoce como plexiglás, estos se conocen como 
resinas barrera, utilizadas como material de embalaje para no transmitir el gas, el 
aroma o el sabor del contenido de un empaque. 
 
 
 
 
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26 
 
 
 
 
H) Celulósicos. 
 
Estos polímeros se elaboran a partir de un polímero de origen natural 
obtenido de la pasta de madera y de fibras residuales de algodón. La celulosa se 
puede transformar en película o en fibra y se modifican químicamente para 
obtener termoplásticos. 
 
4.3.2.2. Termoplásticos de ingeniería. 
 
A continuación se enlistan los polímeros pertenecientes a este grupo y que 
son los que compiten con los metales: 
 
o Acetales. 
o Fluoroplásticos. 
o Poliamidas. 
o Poliamida-imidas. 
o Poliarilatos. 
o Policarbonatos. 
o Poliésteres. 
o Polieterimida. 
o Poliimidas. 
o Policetonas. 
o Poli(éter fenilénico). 
o Polii(sulfuro de fenileno). 
o Sulfonas. 
 
 
Elastómeros termoplásticos. 
 
Estos polímeros se usan como amortiguadores, control de ruidos y 
vibraciones, cierre hermético, protección contra la corrosión, resistencia a la 
abrasión y a la fricción, aislamiento eléctrico y térmico, impermeabilización 
 
 
4.3.2.3 Termofijos. 
 
Los plásticos termofijos deben pasar por un cambio químico llamado 
curado, a fin de obtener estructuras con enlaces transversales, lo que permitirá 
obtener las propiedades que los identifican como son: la insolubilidad y la 
infusibilidad. 
 
 
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27 
 
 
 
 
Estos plásticos no pueden ser usados de nuevo cuando quedan desechos y hay 
que desecharlos o procesarlos para que sean usados en otros productos como 
rellenos. 
 
4.3.3 Propiedades de los plásticos que se utilizan en el 
diseño. 
 
Para poder diseñar componentes y estructuras con plásticos es necesario 
comprender las propiedades de los plásticos y su comportamiento en condiciones 
de esfuerzo. 
 
A) Densidad 
 
Una propiedad principal de los polímeros es su baja densidad debido a la 
pequeña masa de los átomos que los componen. Los plásticos reforzados con 
estas propiedades, son usados en la industria aeroespacial. La densidad de los 
polímeros depende de su cristalinidad y de su estructura. 
 
B) Absorción y transmisión del agua. 
 
La absorción de agua afecta las propiedades mecánicas y eléctricas, lo 
mismo que las dimensiones de la pieza hecha de plástico por que tienden a 
hincharse. Los plásticos con muy poca absorción de agua tienen por lo general 
mejor estabilidad dimensional. La transmisión de agua es la velocidad con que el 
vapor de agua penetra en un plástico. Los plásticos pueden tener diferentes 
velocidades de transmisión de vapor de agua y de otros gases, por ejemplo, el 
polietileno constituye una buena barrera contra la humedad del vapor de agua 
pero otros gases lo penetran con facilidad. El Nylon, por otra parte es una barrera 
deficiente contra el vapor de agua pero una buena barrera contra otros vapores. 
 
C) Térmicas. 
 
La temperatura en estos materiales suele ser baja ya que a temperatura 
elevada se funden y esto permite además su fácil moldeo. 
 
D) Mecánicas. 
 
Estas propiedades se refieren a la respuesta de los materiales a la carga o 
a la deformación. Los plásticos termofijos son siempre frágiles debido a su 
estructura de enlace transversal y no se deforman con la temperatura. 
 
 
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28 
 
 
 
 
1) Propiedades a corto plazo. 
 
El comportamiento y las propiedades mecánicas de los plásticos en el corto 
plazo son resultado de la respuesta a cargas que, por lo regular, duran sólo pocos 
segundos o minutos, hasta un máximo de quince minutos. 
Estas respuestas a corto plazo han sido utilizadas para definir el diseño básico, o 
de referencia, y las propiedades en ingeniería de los materiales metálicos 
convencionales. 
 
Estas propiedades incluyen la resistencia a la tención, a la compresión, a la 
flexión, al corte y los módulos asociados también se determinan en los plásticos 
para fines de control de calidad, a fin de garantizar la obtención de plásticos con 
propiedades constantes durante la producción. 
 
 2) Propiedades a largo plazo. 
 
Si por una parte las propiedades mecánicas de corto plazo son importantes 
para el control de calidad, el comportamiento y las propiedades mecánicas de 
largo plazose utilizan en el diseño cuando los plásticos se utilizan en estructuras 
sujetas a esfuerzos. 
 
Esto obedece a su temperatura de transición vítrea relativamente baja, por 
consiguiente las tres propiedades a largo plazo pertinentes son10: termofluencia 
(Figura15), relajación de esfuerzos (Figura 16) y fatiga (Figura 17). 
Figura 15. Las tres etapas de la termofluencia. 
"Ciencia de materiales Selección y Diseño”. 
10 Ciencia de materiales selección y diseño, México 2001 
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29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16. Relajación de esfuerzos con el tiempo en condiciones de deformación constante. 
“Ciencia de materiales Selección y Diseño”. 
 
 
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30 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17. Comportamiento ante la fatiga a temperatura ambiente de algunos termoplásticos y 
termofijos. “Ciencia de materiales Selección y Diseño” 
 
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31 
 
 
 
 
 
4.3.4 Procesos para fabricación con plástico. 
 
Por lo general, los polímeros están disponibles en forma de gránulos, 
polvos, pelets y líquidos. Existen varios procesos de fabricación, pero las 
características que son comunes en todos ellos son: 
 
o Mezclado, fusión y plastificado de las materias primas. 
o Transporte y conformado de la masa fundida. 
o Estirado y soplado. 
o Acabado. 
 
A) Extrusión. 
 
Es un método versátil, de operación continua y de costo relativamente bajo. 
En éste método se aplican presiones pequeñas que varía entre 1.4 y 10.4 MPa, es 
decir 200 y 1500 lb/pulg2, pero puede alcanzar de 34.5 a 69 MPa, es decir 2000 a 
30 000 lb/pulg2. En éste método, la mezcla de materiales pasa de una tolva al 
interior de un tornillo sinfín. El tornillo mezcla y comprime el material antes de que 
se derrita, y después homogeneiza la masa fundida. Después, el tornillo empuja la 
masa fundida hasta el extremo del cilindro y la obliga a pasar a través de una 
matriz que imparte la forma deseada al extruido sin solución de continuidad. 
Al salir del extrusor, se estira el producto mediante un dispositivo de 
tracción etapa en la cual puede someterse a un enfriamiento con agua o aire 
impulsado. El estirado alinea u orienta las moléculas de la masa fundida en la 
dirección longitudinal del producto e induce una resistencia mecánica longitudinal 
mayor que la resistencia transversal. Los termoplásticos son los únicos materiales 
que se procesan mediante extractores. Los productos que se obtienen por 
extracción son películas, láminas, cintas, filamentos, tubos, barras y muchos otros. 
 
B) Moldeo por Inyección. 
 
Con este proceso se fabrican componentes con formas tridimensionales y 
complejas ya que el proceso es controlable y exacto. Los plásticos se introducen 
por la tolva y el tornillo sinfín los mezcla y los empuja en el interior del cilindro 
hasta una sección caliente donde se derriten y la masa fundida se alimenta a la 
cámara de tiro colocada al frente del tornillo. Después, un pistón empuja o inyecta 
la masa fundida en el molde a una presión que alcanza los 210 MPa (30 000 
lb/pulg2 en la boquilla. La presión de la masa fundida dentro de la cavidad varía 
entre 1 y 15 t/pulg2 dependiendo del comportamiento reológico y del flujo de 
plástico. En este proceso se manejan tanto termoplásticos como termofijos como 
poliésteres TF, fenólicos, epóxicos, etc. 
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32 
 
 
 
 
C) Moldeo por soplado. 
 
Con este proceso se fabrican piezas moldeadas de diversos tamaños, en 
número ilimitado con poca o ninguna necesidad de acabado. Este proceso 
requiere sólo de .17 a 1.03 MPa es decir, de 25 a 150 lb/pulg2. Con este proceso 
se pueden obtener espesores de pared variables11. 
 
D) Proceso de conformado. 
 
Con este proceso se producen una gran variedad de plásticos conformados 
o moldeados de diversos tamaños. Existen los procesos de conformado en 
caliente y en frío; el proceso de conformado o termo-conformado, es el más 
productivo y diversificado. 
 
El termo-conformado consiste en calentar láminas, películas o perfiles 
termoplásticos extruidos hasta su temperatura de reblandecimiento para forzar el 
material flexible contra los contornos de un molde por medios neumáticos y 
mecánicos. 
 
 Los otros tipos de conformado requieren menos calor o ninguno, estos son: 
 
o Conformado en frío. 
o Conformado en fase sólida. 
o Moldeo por compresión de láminas de materiales compuestos reforzados. 
o Forjado. 
o Estampado. 
o Conformado con almohadilla o diafragma de caucho. 
o Conformado de fluidos. 
o Conformado con explosivos. 
 
Estos métodos son idóneos para plásticos de alta densidad y peso molecular ultra 
alto. 
 
E) Otros procesos. 
 
Los siguientes procesos son empleados para plásticos termofijos. 
 
1) Moldeo por inyección con reacción. 
 
Se mezclan dos o más componentes líquidos reactivos para después inyectar la 
mezcla en un molde cerrado a baja presión. Este proceso requiere de poca 
energía y su costo es reducido. 
 
11 Ciencia de materiales selección y diseño, México 2001 
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33 
 
 
 
 
2) Moldeo por inyección de líquidos. 
 
Es empleado en la elaboración automatizada a baja presión de resinas. La mano 
de obra es reducida, se requiere poca inversión de capital y ahorro de energía y 
espacio. 
 
3) Moldeo rotatorio. 
 
Consiste en introducir un plástico en un molde giratorio en donde se derrite y 
forma una capa de plástico fundido sobre la superficie interior del molde giratorio. 
Para enfriar, se mantiene girando y se enfría la superficie exterior con agua o con 
aire. Se pueden producir artículos huecos tanto grandes como pequeños y con 
paredes de espesores uniformes. Este proceso es lento, pero su costo es bajo. 
 
4) Moldeo por vaciado. 
 
En este proceso se vierte una solución fluida de monómero y polímero en un 
molde abierto para completar la polimerización. 
 
5) Calendrado. 
 
Con este proceso se producen películas y láminas de plástico fundiendo el 
material y haciendo pasar la masa con apariencia de pasta a través de las 
compresiones de una serie de rodillos calientes y giratorios de velocidad 
controlada hacia tejidos de espesor y anchura específicos. 
 
6) Acuñación. 
 
Este proceso combina el moldeo por inyección y el moldeo por compresión. 
En este proceso se derrite plástico y se inyecta una cantidad de masa en un molde 
abierto de compresión, después se cierra el molde de modo que la tapa macho 
ajuste con el molde hembra y se uniformiza la presión sobre la masa fundida. 
 
7) Núcleo fusible. 
 
El plástico fundido recubre toda la superficie del núcleo y una vez que el plástico 
se solidifica, el núcleo se derrite y su masa fundida se extrae por una abertura 
existente o por un orificio taladrado a través de la parte plástica hasta elnúcleo. 
 
8) Moldeo por compresión. 
 
El material se comprime para darle la forma deseada y se cura con calor y 
presión. Para estos procesos se requieren de 13.8 a 69 MPa, es decir, de 2000 
10 000 lb/pulg2. 
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34 
 
 
 
 
 
4.4 Diseño 
 
Para llevar a cabo un diseño se deben tomar en cuenta principalmente 
aspectos de biomecánica y datos de tipo antropométrico los cuales a continuación 
se describen. 
 
4.4.1 Antropometría 
 
Del griego “antropos” (humano) y “métricos” (medida), esta ciencia se ocupa 
del dimencionamiento del cuerpo humano. La importancia de este conocimiento es 
muy alta, puesto que constituye la base para el diseño de puestos de trabajo, 
vestuario, equipos y herramientas. 
 
Los tipos de datos antropométricos que se requieren para un diseño son dos: 
 
Datos antropométricos estructurales. Dimensiones en estado estático, por 
ejemplo: talla, peso, longitud, ancho, circunferencia del cuerpo. 
 
Datos antropométricos dinámicos. Dimensiones en estado de funcionamiento, 
por ejemplo: estirar un brazo para alcanzar algo. 
 
Dar una adecuada consideración a las variables antropométricas de la 
población con la cual trabajamos nos garantiza: 
 
o Adecuado ajuste con los usuarios 
o Compatibilidad 
o Operabilidad 
o Facilidad en el Mantenimiento 
 
Es común observar que los diseños (y los diseñadores) habitualmente no 
proveen de un adecuado espacio para manutención. No parecen incluir este 
aspecto en sus previsiones. Los aspectos antropométricos son críticos, pues basta 
unos pocos centímetros de más o de menos para poner en riesgo: 
 
o El rendimiento laboral 
o La seguridad en el trabajo o los procesos 
o La estabilidad del sistema 
 
4.4.1.1 Postura Neutra 
 
El lograr una postura neutra es muy importante, meta en todos los diseños12. Hay 
múltiples razones para buscarla (Figura 18): 
12 Ergonomía y productividad, 1997 
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35 
 
 
 
 
 
o El usuario es más fuerte y más rápido en Postura Neutra. 
o Se elimina o minimiza el esfuerzo sobre los tejidos. 
o Maximiza la circulación y favorece la recuperación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18. Postura y Esfuerzo 
“Ergonomía y Productividad”. Pág. 125 
 
Una pregunta clave que se debe tomar en cuenta cuando se realiza el 
diseño de puestos de trabajo, tareas, herramientas, etc., es “¿existe la persona 
promedio?” … y la respuesta mas probable es que no sea cierto. 
 
4.4.1.2 Distribución Antropométrica 
 
Si tomamos a muchas personas (muestra o población) y evaluamos sus 
parámetros antropométricos, observamos una distribución poblacional que - en 
términos estadísticos - es denominada ‘normal’, en ‘campana de Gauss’ o ‘Z’ 
(Figura 19). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19. Campana de Gauss. 
“Ergonomía y Productividad”. Pág. 125 
 
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36 
 
 
 
 
 
4.4.1.3 Medidas Antropométricas 
 
Casi la totalidad de nuestros atributos tienen esta distribución: 
o las dimensiones corporales 
o la fuerza 
o la movilidad 
o etc. 
 
4.4.1.4 Variaciones Antropométricas 
 
Existen factores que pueden hacer variar, más o menos, los valores de 
nuestros parámetros antropométricos; por ejemplo: 
 
Raza. Configuración morfológica y genética de cada raza existente. 
 
Edad. La estatura y las dimensiones del cuerpo varían generalmente según la 
edad, alcanzando su crecimiento total a los 20 años para el hombre y a los 17 
para la mujer, en tanto en la tercera edad el cuerpo tiende a reducirse. 
 
Sexo. En conjunto, el hombre es de mayores dimensiones que la mujer, de mayor 
tamaño en promedio, sobre todo en extremidades, en caja torácica, manos, puños, 
muñecas, en tanto que la mujer es mas ancha en lo que respecta al pecho, a la 
circunferencia de la cadera y los muslos. Durante el embarazo las medidas 
cambian sobre todo en la profundidad abdominal, la cual pasa de 164 a 290 mm 
aproximadamente. 
 
Actividad. La actividad manual desarrolla mucho más las medidas 
antropométricas del trabajador que la actividad simplemente académica; por su 
parte, las actividades de tipo casi sedentario incrementan las medidas de ciertas 
partes del cuerpo (abdomen y muslos). 
 
Nación – Cultura. El aspecto ergonómico se debe tener en cuenta desde el 
punto de vista de mercado, por lo cual deben conocerse las diferentes culturas y 
nacionalidades con sus características propias; así por ejemplo, para propósitos 
de diseño se deben considerar la altura y las dimensiones del anglosajón, que son 
muy diferentes a las del latinoamericano medio, al igual que sus preferencias. 
 
Tendencias Históricas. Se ha observado que las nuevas generaciones tienden a 
una estatura promedio mayor, debido quizás al avance de la medicina y las 
condiciones de vida. Un ejemplo es la comparación entre los soldados de Estados 
Unidos de la primera y segunda guerras mundiales; estos eran 3 cm más altos y 
de 6 kg más pesados que aquellos. 
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37 
 
 
 
 
 
 
4.4.1.5 Factores Individuales 
 
Además, existen factores de orden más externo que implican diferencias y 
necesidad de correcciones; por ejemplo: 
 
o corrección para calzado, 
o el tipo de vestuario. 
o corrección para postura 
 
4.4.2 Principios de Diseño 
 
A partir de las características antropométricas de la población objetivo, el 
diseño puede seguir distintas líneas: 
 
o Diseño para el promedio 
o Diseño para el extremo 
o Diseño para el rango 
 
4.4.2.1 Diseño para el promedio 
 
Los objetos, equipos, máquinas, herramientas, puestos de trabajo, etc., se 
diseñan de manera que satisfagan las necesidades, condiciones y parámetros del 
promedio de la población. Posiblemente terminen sin ajustar adecuadamente a 
nadie, pues el promedio es muy poco eficiente para caracterizar a los casos. 
 
4.4.2.2. Diseño para el extremo 
 
Quizás una muy importante proporción de la población quede insatisfecha, 
por exceso o por déficit. Un ejemplo típico de esto ocurre cuando se transfiere 
tecnología del norte de Europa (talla media 1,80 m) a nuestra población 
latinoamericana (talla media 1,60 m) y nuestros obreros quedan ‘colgando’ de los 
controles. 
 
4.4.2.3 Diseño para el rango 
 
Norma más exigente, que demanda una aguda y previsora mirada al definir 
los parámetros a utilizar. Satisface con mas probabilidad los requerimientos de 
una población mixta (hombres y mujeres) y heterogénea (edad, raza, complexión, 
etc.) 
 
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