INTEGRANTES DEL EQUIPOJOSÉ ALFONSO MARÍN QUINTERO

ROBERTO JOSÉ DUQUE DÍAZ-GRANADOS

PAULO ANDRÉS CIFUENTES PARRA

Bogotá D.C., junio de 2010

Departamento de Ingeniería Mecánica y MecatrónicaLínea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico

XXVI MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS

Cargador Eléctrico por Movimiento

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN

Nos encontramos en un mundo donde cada vez más personas tienen acceso a la

tecnología personal, como resultado de ello, surge la necesidad de recargar estos

dispositivos a través de diversos mecanismos. Las personas han integrado tanto el

uso de estos dispositivos a su vida cotidiana que muchas veces no pueden esperar

a llegar a un lugar con tomacorriente para recargar su teléfono celular, laptops,

reproductores de música etc.

Por otro lado la demanda energética crece con celeridad, al tiempo que la sociedad

se concientizan del impacto ambiental producido por este consumo. Por lo dicho

anteriormente últimamente se ha producido una expansión de los productos que

son amigables con el medio ambiente.

Existe pues la necesidad de un cargador eléctrico, que sea portátil, accesible, y que

utilice fuentes de energía alternas (como el movimiento humano).

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE DISEÑO

A quién.Nuestro cliente puede ser cualquier persona usuaria de la tecnología personal, comocelulares, cámaras, reproductores de música etc. Estos dispositivos pueden estarincluidos en su vida cotidiana al punto de ser imprescindibles para el desarrollo de susactividades.

Qué y para quéTener un dispositivo portátil que recargue baterías.

Por quéSe quiere aprovechar y utilizar la energía del movimiento del cuerpo transformándoloen energía mecánica.

Dónde y CuándoNuestro producto será diseñado para uso diario y personal, para cualquier persona sinque desarrolle una actividad específica.

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

Especificaciones EstándarPortabilidad: En caso que el dispositivo funcione mientras el usuario este en movimiento, éstedebe ser liviano, de dimensiones reducidas y ergonómico (que trabaje en armonía con el cuerpohumano).

De uso cotidiano: El cliente no desea interrumpir sus actividades cotidianas para usar el dispositivoasí que este debe poder ser utilizado dentro de la rutina sin afectar el tiempo en que este dedica asus diferentes actividades.

Eficiente: El cliente debe notar que cumple su función con rapidez y no debe dar la sensación quees un desperdicio de esfuerzo.

Económico: Para que pueda ser adquirido por un amplio espectro de personas debe tener un costorazonable.

Durabilidad: El dispositivo debe conservar sus cualidades, la vida útil debe ser considerablementeprolongado indiferentemente al uso que se le aplique Para ello deben usarse materias de primeracalidad y procesos de fabricación óptimos.

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

La encuesta fue el método de recolección de información para iniciar el desarrollo

del producto, se abordó tres temas principales:

•Información General para nuestro producto

Impacto de nuestro producto en la sociedad

Información para el diseño del producto

•Percepción de las personas sobre los dispositivos

electrónicos:

Dispositivos más populares

Conciencia Ecológica

Características sobresalientes

•Nuevos horizontes para el uso de nuestro producto

Descripción de la persona

Tiempo para otras actividades

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

Las personas, en su vida cotidiana, tienden a depender o simplemente utilizar dispositivoselectrónicos.

Hay una gran necesidad de recargar dispositivos electrónicos en cualquier lugar en donde seencuentren, por ende, les gustaría disponer de un sistema que recargue sus dispositivos.

Los dispositivos electrónicos más usados, se encuentran: Los celulares, y los laptops,normalmente, los MP3 y los IPOD son muy populares, pero hoy en día están siendodesplazados por celulares que poseen estas características.

En la actualidad, la conciencia ambiental de las personas tiene un alto grado de sensibilidad, atal punto que les agrada la idea de tener productos ecológicos en el mercado.

Hablando de las características que sobresalen los dispositivos, a las personas encuestadas lesagrada más los dispositivos con buena estética y con poco peso, esto sirve como guía a la horade diseñar y optimizar el producto.

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA

(BENCHMARKING)

Pioneer. Zapatos que generan electricidad al caminar.http://www.neoteo.com/pioneer-el-tenis-que-genera-energia-con-nuestros.neo

Zapatos que generan electricidadhttp://www.markstechnologynews.com/2008/10/ntt-develops-shoes-that-power-gadgets.html

Características Principales

Comodido

Ergonómico

Estético

Características Principales

Eficiencia

(Genera lo suficiente para cargar un

mp3 , 1.2 vatios)

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA

(BENCHMARKING)

Una mochila que genera su propia electricidadhttp://neofronteras.com/?p=174

Electricidad a partir del calor del cuerpohttp://www.cienciakanija.com/2007/08/02/electricidad-a-partir-del-calor-del-cuerpo/

Características Principales

Eficiencia (7 vatios)

Características Principales

Innovación

ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)

Ver QFD

Peso

Tamaño

Costo

Eficiencia

Tiempo de carga

Multipropósito

Ergonomía

Estabilidad

Facilidad de Unión al cuerpo

FUNCIONES:

DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL

Caja Negra

Caja Gris (depuración en subfunciones)

GENERACIÓN DE CONCEPTOS:

VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE

SOLUCIÓN GENERADAS

Buscar externa

benchmarking

Buscar internamente

Tormenta de ideas (lluvia de ideas)

Inversión

Lista de atributos

GENERACIÓN DE CONCEPTOS:

VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE

SOLUCIÓN GENERADAS

Para reducir el enorme número de posibles conceptos se eliminan las ramas menos prometedoras o aquellas que no pueden integrarse demanera lógica o factible, o que violan las especificaciones más básicas del diseño.

Almacenamiento y adecuación de la energía – Capacitor con rectificación: Debido a que este debería pertenecer a la clasificación desupercapacitor, y éstos son enormemente costosos y no suelen conseguirse con facilidad, lo cual haría el diseño prohibitivamente costoso ycon difícil replicabilidad.

Transformación de energía – Bobina toroidal: No pudo integrarse cinemáticamente con ninguna parte del cuerpo.

Recepción de la energía - Codo: Es cinemáticamente similar a la rodilla, sin embargo durante la marcha el movimiento de esta articulación esconsiderablemente menor.

PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE

DISEÑO GLOBAL DOMINANTE Y

JUSTIFICACIÓN

Con base en la matriz de selección y teniendoen cuenta que estos resultados se obtuvieronbajo esa ponderación de criterios surge comoalternativa de diseño dominante: Rodilla –Mecanismos –Dínamo–Pila sin rectificación el

concepto numero 9.

Ver matriz de selección

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL

PRODUCTO

Modelo Precio (Por unidad) US Peso (gr)

Engrane 5: DS1-80 2,56 26

Engrane 4 DS1-5624 2,30 15

Engrane 2 DS1-4012 2,30 8

Engrane 1 DS1-4016 2,30 9

•Componentes estandarizados:

Empresa Proveedora: Yeh Der Enterprise

Engranajes

•Arquitectura del producto: Modular

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL

PRODUCTO

Carcasa

Material: Poliestireno Alto Impacto

Ps-4320 grado inyección

Características

Excelente combinación de propiedades mecánicas, brillo y llenado de moldes.

Model Voltage No load

Operating

range

Nominal Speed Current

V R/min A

RF-300EA-

1D390

2.8 - 7.0 3.9 4400 0.021

At maximum efficiency Stall

Speed Curre

nt

Torque Outpu

t

Torque Curre

nt

R/min A Mn·m G·cm W Mn·m G·cm A

3520 0.084 0.47 4.8 0.17 2.35 24 0.34

Salida: 0.02W - 1.8W (APROX) Peso: 22g (APROX)

Motor DC

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL

PRODUCTO

Empresa Proveedora: kromia S.A.Componente: Circuito para la rectificación de la señal:

Diodo de germanio 1N00A

Sistema de sujeción al cuerpoCorrea de amarre doble Via No 1

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL

PRODUCTO

Dispositivo que almacene la energía.Modelo 100AAAHC - AAA - 1.2

Aluminio 1030

Precio de lamina 1x2 m^2 = $ 184.927

Precio por unidad = $ 370

Costo de Fabricación por unidad = $ 1.000

Mundial de Aluminios S.A.

http://www.mundialdealuminios.com

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL

PRODUCTO

Click para ver la caracterización del motor

Subsistema más interesante

Se realizó un proceso de simulación partiendo de los datos del

fabricante del motor y estudios isocinéticos para la rodilla

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINAFuncionamiento del producto

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINACriterios Ergonómicos

La marcha humana se caracteriza por que se

observa un ciclo de movimiento repetido por

cada paso, este ciclo empieza cuando el pie

entra en contacto con el suelo y termina cuando

el mismo pie vuelve de nuevo al suelo.

Fase de Apoyo: comprendida entre el inicio y el

60%

Fase de oscilación: entre el 60% y el final del

clico

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

El producto interactúa directamente con la pierna y el

movimiento de la marcha humana, así que el usuario solo debe

preocuparse de sujetarlo, colocarlo y quitarlo. El usuario solo se

percata de la pequeña resistencia que realiza el producto a la

rodilla y el sonido que este genera por la transformación de

energía.

APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO

•Con el presente diseño se tiene la capacidad de generar energía limpia con cero impacto ambiental y de bajo costo.

•Debido a la creciente utilización de ‘gadgets’ en el desarrollo del quehacer humano, se hace cada vez más importante el tener una fuente constante de carga, debido a que la mayoría de estos dispositivos son inalámbricos.

ANÁLISIS ECONÓMICO

Barra o PalancaPrecio de lamina 1x2 m^2 = $ 184.927Precio por unidad = $ 370Costo de Fabricación por unidad = $ 1.000Comentarios: El costo de fabricación por unidad seobtuvo del costo de fabricación por un lote de 100unidades.Sistema de EngranajesPrecio por unidad = U$ 2.3 = $ 4600 x 3 = $ 13.800Precio por unidad = U$ 2.56 = $ 5.100Otros precios (Ejes, arandelas, anillos) x4 = $ 2.000Comentarios: El precio por unidad se obtuvo delcosto de un lote de 1 a 100 unidades.Motor DCPrecio por unidad = $ 2000Comentarios: La unidad contiene, aparte del motor,tornillos, guías, engranaje y extensión de cable decobre recubierto con un polímero de alta resistencia.Riel de aluminio con esferas.Precio por 1 m: $ 15000Precio por unidad: $ 15000Costo de fabricación por unidad: $2500

CarcasaPrecio de lamina 1 x 1 m^2 = $60.000Precio por unidad = $ 1.200Costo de fabricación = $ 1.000Circuito EléctricoPrecio de componentes = $ 100Precio de váquela para unidad = $ 200Precio de fabricación por unidad = $ 250BateríaPrecio de producto = $12.000Precio por unidad = $ 6.000Costo de Ensamble = $ 374HerramientasEstaño para soldar = $ 200 metroCautín = $ 25.000Pegamento (Acido para pegar polímeros) = $10.000 litroJuego de Destornilladores (por unidad) = $ 1.000Gerencia, ingeniería y servicios = $ 10.000

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

•La evolución de la caminata humana está en función de minimizarel gasto de energía, por ende la obtención de energía por estemedio nunca resultará muy eficiente.

•Se recomienda utilizar los dispositivos en pareja, para hacer másefectiva la carga y no afectar mucho la marcha normal.

•Se adquirieron habilidades en el diseño y fabricación dedispositivos mecánicos funcionales.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE

INGENIERÍA EMPLEADAS

Solid Edge st2

Proteus Isis 7.4 sp2

Statgraphics v5.1

Software utilizadoApplet Mabuchi Motors

eDraw max 5

Microsoft Excel Office 2007

The ETA Autoquartz Self-Winding Electric WatchSeiko AGS SystemMicrogenerador magnetico y electrostáticoMEMs Driven Condensor Power SupplyInertial Microgenerators (piezoeléctrico) Power Harvesting insolesPassive Hydraulic Chopping to Excite PZT at Resonance

Patentes Revisadas

Tidy Fisioterapia, Stuart Porter, Editorial ELSEVIER Edicion 14, 2009Diseño y desarrollo de productos, Ulrich Karl, Editorial McGraw-hill 2004The

Bibliografía

MUCHAS GRACIAS

JOSÉ ALFONSO MARÍN QUINTERO – jamarinq@unal.edu.co

ROBERTO JOSÉ DUQUE DÍAZ-GRANADOS – rjduqued@unal.edu.co

PAULO ANDRÉS CIFUENTES PARRA – pacifentesp@unal.edu.co