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Dise�o de un mecanismo hidr�ulico ajustable para la elevaci�n del tablero en sistemas de baloncesto, orientado a su uso inclusivo por personas de distintas edades y con diversidad funcional

 

Design of an adjustable hydraulic mechanism for elevating the backboard in basketball systems, geared toward inclusive use by people of different ages and with functional diversity

 

Projeto de mecanismo hidr�ulico ajust�vel para eleva��o da tabela em sistemas de basquetebol, vocacionado para uma utiliza��o inclusiva por pessoas de diferentes idades e com diversidade funcional.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: ctopac@uteq.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 28 de julio de 2025 *Aceptado: 18 de agosto de 2025 * Publicado: �12 de septiembre de 2025

 

        I.            Universidad T�cnica Estatal de Quevedo, Quevedo, Los R�os, Ecuador.

      II.            Universidad T�cnica Estatal de Quevedo, Quevedo, Los R�os, Ecuador.

   III.            Universidad T�cnica Estatal de Quevedo, Quevedo, Los R�os, Ecuador.

   IV.            Universidad T�cnica Estatal de Quevedo, Quevedo, Los R�os, Ecuador.

Resumen

El presente trabajo busca dise�ar un sistema hidr�ulico de elevaci�n para el tablero de una canasta de baloncesto, permitiendo un ajuste seguro, ergon�mico y accesible, mediante un enfoque t�cnico, las cargas mec�nicas y la viabilidad del sistema, con el objetivo de promover la inclusi�n deportiva sin comprometer la funcionalidad o durabilidad del equipo, seguro y f�cil de operar, este sistema est� pensado para ser adaptable a diferentes usuarios, desde ni�os, adultos y personas con capacidades especiales. Los objetivos principales incluyen determinar las cargas m�ximas que soporta el tablero en distintas condiciones, seleccionar componentes hidr�ulicos �ptimos (considerando capacidad de carga, durabilidad y facilidad de uso y dise�ar un mecanismo estructural seguro que permita ajustes de altura eficientes. Este desarrollo busca combinar ingenier�a mec�nica e inclusi�n social, asegurando un sistema robusto, adaptable y f�cil de operar para usuarios de todas las edades y capacidades.

Palabras clave: Ajuste de altura; sistema hidr�ulico; Inclusi�n deportiva; resistencia estructural.

 

Abstract

This work aims to design a hydraulic lifting system for a basketball hoop's backboard, allowing for safe, ergonomic, and accessible adjustment. This system utilizes a technical approach, considering mechanical loads and system viability. The goal is to promote sports inclusion without compromising the equipment's functionality or durability. This system is safe and easy to operate and is designed to be adaptable to a variety of users, from children to adults and individuals with disabilities. The main objectives include determining the maximum loads the backboard can support under different conditions; selecting optimal hydraulic components (considering load capacity, durability, and ease of use); and designing a safe structural mechanism that allows for efficient height adjustments. This development seeks to combine mechanical engineering and social inclusion, ensuring a robust, adaptable, and easy-to-operate system for users of all ages and abilities.

Keywords: Height adjustment; Hydraulic system; Sports inclusion; Structural strength.

 

 

 

Resumo

Este trabalho tem como objetivo projetar um sistema de eleva��o hidr�ulica para a tabela de um cesto de basquetebol, permitindo ajustes seguros, ergon�micos e acess�veis. Este sistema utiliza uma abordagem t�cnica, considerando as cargas mec�nicas e a viabilidade do sistema. O objetivo � promover a inclus�o desportiva sem comprometer a funcionalidade ou a durabilidade do equipamento. Este sistema � seguro e f�cil de operar e foi concebido para ser adapt�vel a uma variedade de utilizadores, desde crian�as a adultos e pessoas com defici�ncia. Os principais objetivos incluem determinar as cargas m�ximas que a tabela pode suportar em diferentes condi��es; selecionar os componentes hidr�ulicos ideais (considerando a capacidade de carga, a durabilidade e a facilidade de utiliza��o); e conceber um mecanismo estrutural seguro que permita ajustes de altura eficientes. Este desenvolvimento procura aliar a engenharia mec�nica e a inclus�o social, garantindo um sistema robusto, adapt�vel e f�cil de operar para utilizadores de todas as idades e capacidades.

Palavras-chave: Regula��o em altura; Sistema hidr�ulico; Inclus�o desportiva; Resist�ncia estrutural.

 

Introducci�n

La accesibilidad universal en los espacios deportivos es un componente esencial para garantizar que personas de todas las edades y capacidades puedan participar de manera activa en la recreaci�n y el deporte (Herbison et al., 2023). En este marco, el baloncesto se presenta como una herramienta poderosa para promover la inclusi�n, sin embargo, la infraestructura disponible suele ser r�gida y excluyente (Lu et al., 2024). Un elemento clave de esta infraestructura es el tablero y aro, cuya altura fija limita el acceso de ni�os, ni�as, personas mayores o con diversidad funcional (Thomas et al., 2022); por lo que emerge la necesidad de desarrollar mecanismos hidr�ulicos ajustables que permitan regular el tablero de forma segura, r�pida y ergon�mica (Wang, 2022).

En los �ltimos a�os, las metodolog�as basadas en simulaci�n han demostrado su capacidad para generar dise�os robustos, eficientes y rentables en sistemas deportivos que recurren a an�lisis y elementos finitos para optimizar la cinem�tica, din�mica y estructuras de carga (Guerra, 2022). Estos enfoques muestran un alto potencial de aplicaci�n en sistemas hidr�ulicos ajustables, permitiendo anticipar el comportamiento mec�nico antes de construir prototipos f�sicos (Nadeem et al., 2021).

Simult�neamente, los sistemas hidr�ulicos ya han sido utilizados en canastas convencionales para ofrecer asistencia durante el ajuste de altura, evitando que el usuario soporte cargas elevadas y promoviendo la seguridad (Pingyang & Wenzhi, 2022). Este principio es aplicable de manera directa en contextos inclusivos, donde se requiere que la elevaci�n y descenso del tablero puedan ser realizados por un amplio rango de usuarios, incluyendo quienes presentan limitaciones motrices (Zhidchenko et al., 2024).

Adem�s, investigaciones en el �mbito de herramientas f�sicas adaptativas han evidenciado que los mecanismos que ajustan autom�ticamente par�metros como la altura o el �ngulo de lanzamiento pueden mejorar significativamente los aprendizajes motores, debido a que mantienen al usuario en el punto �ptimo de desaf�o (Morris et al., 2021). Si se traslada este concepto al dise�o de un aro de baloncesto ajustable, se plantea la posibilidad de favorecer el desarrollo de habilidades motrices de forma aut�noma y progresiva, especialmente en contextos educativos o rehabilitacionales (Taberner et al., 2023).

A pesar de estos avances tecnol�gicos, existen vac�os importantes en la literatura en cuanto a sistemas hidr�ulicos inclusivos espec�ficamente dise�ados para canastas de baloncesto. Por una parte, los estudios existentes se centran en sistemas comerciales o focalizados en una funci�n (por ejemplo, remontaje hidr�ulico), sin considerar aspectos como la ergonom�a para usuarios con diversidad funcional, seguridad integral, ajuste manual vs autom�tico, y su integraci�n en programas deportivos inclusivos (Fern�ndez et al., 2024).

En consecuencia, este art�culo propone un dise�o conceptual de mecanismo hidr�ulico ajustable para la elevaci�n del tablero, orientado a garantizar su usabilidad por personas de todas las edades y capacidades. El estudio se basa en los principios de dise�o para la inclusi�n y simula posibles configuraciones mediante herramientas de simulaci�n estructural y cinem�tica. El principal objetivo es demostrar la factibilidad de un sistema que responda a criterios de seguridad, autonom�a y accesibilidad funcional, aportando evidencia t�cnica para su eventual desarrollo protot�pico y evaluaci�n en entornos reales (programas escolares, centros comunitarios, instalaciones deportivas accesibles).

 

Metodolog�a

Los sistemas de aros de baloncesto con ajuste de altura pueden ser instalados en diversos espacios, tales como instituciones educativas, facilitando la participaci�n equitativa de todos los estudiantes. Asimismo, su implementaci�n en parques p�blicos promueve la pr�ctica deportiva inclusiva, mediante la creaci�n de instalaciones deportivas equipadas con dispositivos adaptados que atienden a las necesidades de personas con y sin discapacidad.

Para la recolecci�n de datos se emplearon instrumentos como encuestas y entrevistas estructuradas dirigidas a usuarios potenciales de distintas edades y capacidades, con el prop�sito de identificar necesidades espec�ficas y experiencias previas relacionadas con sistemas similares. Adem�s, se realiz� observaci�n directa en instalaciones deportivas para evaluar el uso y desempe�o de los soportes existentes, permitiendo la detecci�n de limitaciones y oportunidades de mejora. En la etapa de dise�o y simulaci�n, se utilizaron programas especializados como SolidWorks para analizar la resistencia, estabilidad y funcionalidad del sistema hidr�ulico, complementado con Matlab para el c�lculo de cargas m�ximas y fuerzas, lo que posibilit� validar la viabilidad t�cnica y garantizar la seguridad del dise�o.

Se emplearon herramientas como Excel y Project para la organizaci�n y el an�lisis de los datos recopilados a partir de encuestas y mediciones. Estas aplicaciones permitieron la categorizaci�n y el procesamiento de la informaci�n derivada de entrevistas y observaciones, facilitando la identificaci�n de patrones y tendencias significativas que contribuyen a la optimizaci�n del dise�o del sistema.

 

Resultados y discusi�n

Determinaci�n de las cargas m�ximas que soportan los tableros de baloncesto bajo diferentes condiciones de uso, garantizando la seguridad y estabilidad del sistema hidr�ulico de elevaci�n.

Las especificaciones dimensionales y de peso de los componentes del sistema han sido definidas para asegurar la estabilidad estructural sin requerir anclajes permanentes. El peso total estimado de la estructura oscila entre 100 y 150 kg, lo que proporciona la masa necesaria para mantener la seguridad durante su uso.

En cuanto a la base y el soporte, se proponen dimensiones aproximadas de 1,5 metros de ancho, 2 metros de largo y 0,8 metros de altura, lo que permite una distribuci�n equilibrada de las cargas. Para incrementar la estabilidad, la base debe incorporar un lastre adicional de entre 50 y 80 kg.

Respecto al tablero y el aro, se recomienda que el tablero cumpla con las dimensiones oficiales establecidas por la FIBA, es decir, 1,80 metros de ancho por 1,05 metros de alto. El material sugerido para el tablero es policarbonato o vidrio templado, con un espesor comprendido entre 10 y 12 mm, lo que garantiza tanto la durabilidad como el rendimiento deportivo. El conjunto formado por el tablero y el aro tiene un peso aproximado de 30 kg.

En la Tabla 1 se puede apreciar las diferentes alturas regulables del aro de baloncesto propuesto.

 

Tabla 1. Alturas regulables del aro de baloncesto

 

Como se aprecia en la Tabla 2, se determin� la carga m�xima de la estructura del tablero de baloncesto, que incluy� los valores de fuerza est�tica (peso del tablero y el aro), fuerza din�mica por un jugador colg�ndose del aro y presi�n equivalente.

 

Tabla 2. Carga m�xima de la estructura del tablero de baloncesto

 

En la carga m�xima del pist�n hidr�ulico, se aplic� un coeficiente de seguridad para el dise�o del mismo (Tabla 3).

 

Tabla 3. Cargas que debe soportar el pist�n hidr�ulico

 

Seg�n lo observado en la Tabla 4, el pist�n tiene 186 mm de carrera, la relaci�n de multiplicaci�n m�nima debe ser 0,833 mm

 

Tabla 4. Distancia del movimiento del pist�n

 

Dise�o del mecanismo estructural del sistema de elevaci�n hidr�ulico y su capacidad de ajuste a distintas alturas de manera segura y eficiente.

SolidWorks permite realizar an�lisis estructurales a trav�s de su m�dulo de Simulaci�n, el cual emplea el M�todo de Elementos Finitos (MEF) para examinar esfuerzos, deformaciones y m�rgenes de seguridad en modelos tridimensionales (Arora et al., 2022). El procedimiento inicia con la asignaci�n de materiales, condiciones de frontera y fuerzas aplicadas al dise�o. Luego, el programa genera una malla compuesta por peque�os elementos y resuelve un conjunto de ecuaciones matem�ticas para predecir el comportamiento del modelo bajo esas condiciones. Los resultados proporcionan representaciones visuales de desplazamientos, tensiones y deformaciones, facilitando la detecci�n de zonas cr�ticas y a partir de esta informaci�n, es posible optimizar el dise�o para garantizar su funcionalidad y seguridad antes de pasar al proceso de fabricaci�n (Castellanos, 2023).

SimSolid lleva a cabo an�lisis estructurales utilizando un m�todo innovador que prescinde de la generaci�n tradicional de mallas de elementos finitos, conocido como enfoque sin malla (meshless) (Vardaan & Kumar, 2022). En lugar de ello, emplea algoritmos avanzados y t�cnicas de resoluci�n directa para evaluar geometr�as complejas, incluyendo aquellas con imperfecciones o detalles minuciosos, sin necesidad de simplificaciones. El software aplica las cargas y restricciones directamente sobre el modelo CAD original, lo que acelera significativamente el proceso de simulaci�n. Adem�s, utiliza solvers matem�ticos de alto rendimiento para calcular en tiempo real tensiones, deformaciones y frecuencias naturales, incluso en ensamblajes de gran tama�o (Pe�a et al., 2023). Esta capacidad permite realizar an�lisis r�pidos y precisos sin comprometer el nivel de detalle, siendo especialmente �til para iteraciones �giles en el dise�o. SimSolid destaca por su eficiencia en estudios de optimizaci�n topol�gica y validaci�n estructural, ya que no requiere preparaci�n previa de la geometr�a para su an�lisis (Pachacama et al., 2024).

Simulaci�n de desplazamiento

Los resultados obtenidos evidencian un desplazamiento m�ximo de 3,1454 mm en el componente fabricado con acero AISI 304, con una distribuci�n que va desde zonas restringidas (≈0 mm) hasta regiones expuestas a carga. Al considerar el m�dulo de elasticidad del material (193 GPa ≈ 193,000 MPa), la deformaci�n relativa calculada (0,256 % para una longitud est�ndar de 1 m) sugiere que ciertas �reas podr�an aproximarse al l�mite el�stico del acero (205 MPa), especialmente en presencia de concentradores de tensi�n.

 

Figura 1. Simulaci�n del desplazamiento

 

La diferencia observada entre el desplazamiento simulado y el valor del l�mite el�stico podr�a deberse a posibles errores en la definici�n de la malla, la aplicaci�n de cargas o la asignaci�n de propiedades del material. Para aumentar la precisi�n del an�lisis, ser�a recomendable realizar un estudio de convergencia de malla y emplear an�lisis no lineales que consideren la plasticidad del material. Asimismo, si el componente est� sometido a cargas t�rmicas o c�clicas durante su operaci�n, se sugiere complementar el estudio con an�lisis termomec�nicos o de fatiga (Topa et al., 2025).

Simulaci�n de Von Mises Stress

Los resultados obtenidos indican una tensi�n de Von Mises m�xima de 12,76 MPa, valor considerablemente inferior al l�mite el�stico del material (205 MPa), lo que demuestra que el componente trabaja dentro del rango el�stico y cuenta con un alto factor de seguridad. La distribuci�n de tensiones muestra transiciones suaves, con valores m�nimos cercanos a cero (2,78�10⁻⁶ MPa), lo cual sugiere la presencia de �reas poco solicitadas donde podr�a reducirse el uso de material.

Dado que solo se utiliza aproximadamente el 6 % de la capacidad resistente del material, existe un notable potencial de optimizaci�n. Las regiones con esfuerzos m�nimos evidencian un exceso de material que no aporta significativamente a la integridad estructural. No obstante, es necesario verificar que no act�en cargas secundarias como impactos, vibraciones o efectos t�rmicos que justifiquen conservar dicho margen de seguridad (Quinchuela et al., 2023).

 

Figura 2. Simulaci�n Von Mises Stress

 

 

 

Simulaci�n del factor de seguridad

Los resultados indican que el dise�o actual utilizando acero AISI 304 presenta un factor de seguridad aproximado de 16, calculado como la relaci�n entre la resistencia a la fluencia y la tensi�n m�xima (206,84 MPa / 12,49 MPa), valor que excede considerablemente el rango recomendado de 1,25 a 3. Esta elevada proporci�n evidencia un sobredimensionamiento significativo del componente, capaz de soportar cargas hasta 16 veces superiores a las aplicadas en las condiciones de an�lisis. Si bien este margen garantiza una seguridad amplia, resulta poco eficiente desde el punto de vista econ�mico y de peso, lo que sugiere la necesidad de optimizar el dise�o para equilibrar seguridad y eficiencia.

 

Figura 3. Simulaci�n del factor de seguridad

 

Para optimizar el dise�o, se recomienda disminuir la cantidad de material en las �reas donde las tensiones son bajas (<5 MPa), asegurando al mismo tiempo que el factor de seguridad se mantenga dentro del rango ideal de 2 a 3. Adem�s, es necesario verificar la posible existencia de cargas adicionales no consideradas, como las t�rmicas o din�micas, que puedan justificar el elevado margen de seguridad actual. Aunque el dise�o cumple ampliamente con el requisito m�nimo de un factor de seguridad de 1.25, existe margen para mejorar su eficiencia estructural (Reyes et al., 2021).

 

Conclusiones

La determinaci�n de las cargas m�ximas constituye un paso fundamental en el dise�o del sistema hidr�ulico, ya que permite definir l�mites operativos seguros y evitar fallos estructurales. Los resultados obtenidos no solo aseguran la estabilidad del tablero de baloncesto, sino que tambi�n garantizan la protecci�n f�sica de los usuarios. Este an�lisis ofrece una base s�lida para el desarrollo de un sistema robusto y confiable, capaz de soportar las exigencias f�sicas propias del baloncesto en sus diversas modalidades.

El dise�o del mecanismo hidr�ulico de elevaci�n, fabricado en acero AISI 304, cumple satisfactoriamente con los criterios de seguridad, funcionalidad y adaptabilidad requeridos para el tablero de baloncesto. Presenta un amplio margen de resistencia, evidenciado por una tensi�n m�xima de 12,76 MPa frente a un l�mite el�stico de 205 MPa, y un coeficiente de seguridad robusto cercano a 16, lo que permite considerar futuras optimizaciones en t�rminos de reducci�n de peso sin comprometer la integridad estructural. La distribuci�n uniforme de tensiones y la capacidad de ajuste a distintas alturas garantizan un desempe�o eficiente.

Se recomienda implementar refuerzos localizados y realizar validaciones bajo condiciones reales para asegurar un rendimiento �ptimo. As�, el dise�o no solo satisface las exigencias t�cnicas, sino que tambi�n ofrece margen para mejorar la eficiencia y reducir costos.

 

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(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).