Diseño de un Colector de Energía Piezoeléctrico (Energy Harvesting) Mediante Optimización Topológica que Maximice la Transformación de Energía Mecánica en Eléctrica Generada por un Ser Humano al Caminar

摘要

Resumen: El trabajo que se encuentra plasmado a continuación recopila la investigación desarrollada durante el desarrollo de la Maestría en Ingeniería Mecánica, impulsada desde el Grupo de Diseño Mecánico Computacional (DIMEC). En ésta se desarrolla un prototipo de Energy Harvesting (Colector de energía en español) piezoeléctrico mediante el Método de Optimización Topológica (MOT), el cual tiene como objetivo, además de recuperar energía desperdiciada (propósito de todos los Energy Harvesting), buscar una alternativa para mejorar el desempeño de los prototipos construidos hasta el momento. Dicho Energy Harvesting piezoeléctrico es diseñado para la aplicación específica de zapatos, donde se busca mejorar su eficacia de dos maneras principalmente: primero, posicionándolo en el sector de mayores presiones plantares, de acuerdo a la literatura encontrada, donde se aplicará la fuerza de reacción conocida durante el estudio del análisis de la marcha humana en personas normales; es decir, sin ninguna patología; y segundo aplicando técnicas vanguardistas como el diseño óptimo para el desarrollo del mismo. Los Energy Harvesting son construidos con piezoeléctricos comerciales PZT-5A, los cuales no se modifican en su estructura interna, además a éstos se les acopla un mecanismo flexible óptimo que se encargara de aumentar la vida útil del piezoeléctrico y de excitarlo de forma homogénea, logrando su máximo desempeño como sensor (transformando la energía mecánica aplicada en la máxima energía eléctrica posible).