Rediseño de aparato bioinspirado para desinfectar agua mediante cavitación hidrodinámica

Abstract

La presente tesis aborda el rediseño del sistema de amortiguación de impacto de un dispositivo bioinspirado para la generación de cavitación hidrodinámica, inspirado en el mecanismo de cierre de la pinza del camarón pistola. El prototipo original presentaba fallas estructurales asociadas a impactos de alta intensidad durante el cierre del mecanismo, lo que provocaba deformaciones plásticas, desgaste acelerado y fractura prematura de componentes mecánicos como tornillos y placas base, comprometiendo la durabilidad y operatividad del dispositivo.

Con el objetivo de mejorar la respuesta estructural del sistema, se desarrolló un proceso de rediseño enfocado en la incorporación de un sistema de amortiguación más eficiente. Para ello se emplearon herramientas de diseño y análisis asistidos por computadora (CAD/CAE) y simulaciones mediante análisis por elementos finitos (FEA), evaluando diferentes configuraciones de amortiguación como una pieza sólida, resortes helicoidales y bloques elastoméricos. Los criterios de comparación se basaron en la reducción de los esfuerzos transmitidos, el control de las deformaciones y el comportamiento dinámico del sistema durante el impacto.

Los resultados indicaron que la incorporación de un amortiguador elastomérico de poliuretano de alta densidad (PU-HD) permite reducir significativamente el pico de fuerza de impacto y mejorar la distribución de cargas en el sistema, favoreciendo la absorción de energía y aumentando la robustez estructural del mecanismo. Estos resultados demuestran la viabilidad del rediseño propuesto y establecen una base para futuras validaciones experimentales y optimización del sistema en aplicaciones de cavitación hidrodinámica para el tratamiento de agua.