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Diseo e implementacin de una mochila de carga suspendida, para generacin de energa elctrica aprovechando las oscilaciones mecnicas generadas al caminar

Bryan Gordillo#1, Jorge Luis Jaramillo#2#1Profesional en formacin, Universidad Tcnica Particular de Loja.#2Docente de la SEE del DCCE, Universidad Tcnica Particular de Loja.

Loja, Ecuador

bagordillo@utpl.edu.ec#1, jorgeluis@utpl.edu.ec#2

Resumen En el presente documento se describe la funcin e implementacin de la mochila de carga suspendida, la cual aprovecha energa mecnica generada al caminar para transformarla en energa elctrica.Palabras clave Harvesting de energia, mochila de carga suspendida.Introduccin

Como iniciativa para el aprovechamiento de nuevas fuentes de energa en la UPL, y como requisito para la acreditacin de la gestin productiva 1, de la escuela de Electrnica y Telecomunicaciones de la UTPL

El proyecto se basa fundamentalmente en la generacin de energa a partir de carga suspendida, mediante una mochila que al caminar debido a las oscilaciones propias de este movimiento, captura energa mecnica generada y la transforma en energa elctrica.

Descripcion General del proyecto

La mochila se compone de dos partes principales - un marco rgido atado a la espalda del usuario y una placa de carga suspendida de este marco por los resortes. A medida que la persona camina a lo largo, la placa de carga se desliza hacia arriba y hacia abajo del marco [1].

Se adjunta a la carga una barra dentada que gira el engranaje de un generador colocada en el marco. A medida que la barra se pone marcha del generador, genera hasta 7.4 vatios - energa suficiente para alimentar simultneamente un reproductor MP3, una PDA, gafas de visin nocturna, un localizador GPS y un telfono celular [1].Segn estudios realizados por los cientficos creadores de este invento la mochila permitir caminar de manera ms eficiente, a su vez nos permitir disminuir la cantidad de fuerza aplicada sobre los hombros del ser humano, lo que hace a la mochila ms cmoda.

Como una descripcin un poco ms especfica tenemos que la mochila est compuesta de los siguientes elementos:(ver Fig. 4):

Generador acoplado a un sistema pin-cremallera Resortes (spring) Transductor lineal (linear transducer) Clula de carga (load cell) Mecanismo de bloqueo (locking mechanism Varillas verticales (vertical rod) Cojinetes (bushing) Correas para brasos (arm strap) Correa para cintura (waist strap)

Fig. 1 A) elementos constitutivos de la mochila de carga suspendida. B) carga conectada a la placa de carga [2]

funcionamiento

El funcionamiento de la Mochila de carga suspendida es sencilla, cuando los seres humanos caminamos, generamos oscilaciones similares a las de un pndulo pero de forma invertida debido a que saltamos sobre la pierna extendida, haciendo que la cadera se mueva de arriba abajo de 1.6 a 2.7 pulg (4-7 cm), en cada paso. Dado que la mochila se conecta directamente a la cadera, esta tambin debe oscilar verticalmente entre 1.6 y 2.7 pulg (ver Fig. 5). Es este movimiento vertical adaptado a un sistema de generacin pin-cremallera (ver Fig. 3), el que nos permitir obtener energa elctrica, las oscilaciones producidas permitirn el movimiento vertical de la cremallera, haciendo girar el rotor de un generador en dos direcciones hacia arriba y hacia abajo es este movimiento mecnico ejercido sobre el rotor el que nos permite generar energa elctrica.

Fig. 2 Descripcin grafica de oscilaciones verticales [2]

La cantidad de energa generada depende de cunto peso contiene la mochila y cun rpido camina el usuario. Los investigadores probaron mochilas con cargas de entre 18 y 36 kilos, y encontraron que el usuario podra generar constantemente una potencia de hasta 7,4 Vatios, movindose con un paso constante. Tpicamente, los telfonos mviles, e incluso los dispositivos de visin nocturna, requieren menos de 1 vatio para funcionar [3].

La mochila de carga suspendida, ha sido desarrollada de tal forma que reduce drsticamente las fuerzas dinmicas en el cuerpo (por ejemplo, 82-86%) y por lo tanto reduce la tasa metablica para llevar la carga, proporcionando la capacidad de llevar cargas significativamente mayores para el mismo coste metablico. La mochila de carga suspendida se puede utilizar para el transporte de cargas ms rpidamente y ms cmodamente en velocidad de marcha, en contraste con una mochila convencional donde se ejecuta con una carga pesada es esencialmente imposible. Tambin fue demostrado que la invencin reduce las fuerzas inerciales en un 86% durante la carrera. [4]

Fig. 3 Mochila de carga suspendida demostraciones [2]

DESARROLLOEl proyecto se desarrollado por etapas:

A) Diseo mecnico

Para el diseo mecnico se empez con la elaboracin del marco rgido, con sus respectivos orificios para la posterior colocacin de los resortes y del generador

Luego se realiz el acoplamiento del sistema de carga, las barras mviles junto al plato de carga, esta parte fue acondicionada para la posterior colocacin de los resortes.

Fig.4 marco esttico acoplado con las barras mviles [Autor]

B) Acoplamiento del sistema generador (pin-cremallera)

Fig. 5 Sistemas pin-cremallera [5]

Se tom como base el tubo horizontal acoplado al sistema de barras mviles para la colocacin de la cremallera la encargada de hacer girar el generador.

Con la cremallera fija, se procedi a la colocacin del generador que en este caso fue un motor paso a paso de cuatro ncleos, fue colocada primera la cremallera para asegurar un perfecto acoplamiento entre dicho motor y la cremallera.

Fig. 6 Sistemas pin-cremallera acoplado [Autor]

C) Acoplamiento de correas de carga

.Las correas de cargas fueron extradas de una mochila comn y corriente, pero tomando toda la parte posterior de la mochila de tal forma que la parte extrada se acoplo fcilmente al marco esttico, se cosi de tal forma que no impida el libre movimiento de las barras mviles.

Fig. 7 acoplamientos de las correas de carga [Autor]

Fig. 8 Proyecto final terminado [Autor]

REsultados ObtenidosSe realizaron dos pruebas, la primera sin peso y los resultados fueron los esperados el proyecto genero energa elctrica, que medida en forma de diferencia de potencial nos entreg a la salida de sus pines un voltaje aproximado de 4V AC, la segunda prueba que se realizo fue con un peso a aproximado de 1.5 Libras, el cual denoto un problema mecnico de deformacin que afecto al plato de carga y posterior mente a la cremallera la cual no raspo correctamente al generador, teniendo as una prueba fallida sin generacin de energa.

concluciones el proyecto tubo limitaciones mecnicas, ya que al colocar peso deformo su estructura inicial, dando problemas al momento de la generacin para ver funcionar correctamente el proyecto se tiene que saltar un poco puesto que al caminar no se generaran las suficientes oscilaciones, y el plato de carga seguir esttico, esto se debe a que en el plato de carga no hay el suficiente peso y a que los resortes utilizados variaran de acuerdo al peso colocado. El generador utilizado fue un motor paso a paso de cuatro ncleos, puesto que este tipo de motor me brindo mayores beneficios al momento de generar,

ReferenciasMochila de alta tecnologa genera electricidad a medida que camina [en linea] disponible en: MBL, un nuevo giro en el poder caminar [en linea] disponible en:Una mochila que produce energia electrica [en linea] disponible en: Suspended load ergonomic backpack [en linea] disponible en:

Pin camellera [en linea] disponible en :