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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 – [email protected]
ROBERTO JOSÉ DUQUE DÍAZ-GRANADOS – [email protected]
PAULO ANDRÉS CIFUENTES PARRA – [email protected]