Provavelmente você está familiarizado com a potência dos pedais , pelo menos em sua forma mais convencional: andar de bicicleta! No CCAT a ideia de pedalar para criar energia que possa ser traduzida em trabalho foi ampliada para além da forma convencional. Ao pedalar uma bicicleta é possível alimentar uma televisão, um computador portátil, uma máquina de lavar roupa, uma furadeira... as opções são limitadas apenas pela sua imaginação.
O objetivo desta página é fornecer um guia "como fazer" para construir um gerador movido a bicicleta . Os dois primeiros passos também serão úteis para quem deseja construir um dispositivo movido a pedal mecânico , pois os componentes são basicamente os mesmos com algumas pequenas diferenças que serão especificadas em cada caso.
É claro que não custa nada pedir ajuda ao especialista residente em pedal Power , Bart Orlando . Como referência para o seu projeto, o CCAT mantém uma lista dos dispositivos nos quais os alunos trabalharam.
Contents
Componentes
Estes são os componentes necessários para fazer um dispositivo elétrico DIY movido a pedal:
- Uma bicicleta ergométrica ou uma bicicleta ergométrica
- Uma correia e polia
- Um gerador
- Um diodo
- Um fuso
- Uma bateria
- Um inversor
- Uma máquina simples
Etapa 1: bicicleta
A bicicleta é o primeiro elemento de um dispositivo de pedalagem. Praticamente qualquer bicicleta pode ser usada, incluindo uma bicicleta de múltiplas velocidades, uma mountain bike e até uma bicicleta ergométrica (como a usada no liquidificador elétrico a pedal CCAT )! As características óbvias e importantes aqui são que os braços ou pernas giram uma manivela que está presa a uma engrenagem, fazendo com que uma roda gire.
Estacionário
Projetar um dispositivo movido a pedal com uma bicicleta padrão como o gerador portátil de energia a pedal da Rowan tem suas vantagens. Também requer mais trabalho do que usar uma bicicleta ergométrica, uma vez que a bicicleta ergométrica foi projetada para ser estacionária. As bicicletas podem ser muito baratas (em Arcata, CA, um ótimo recurso local é a The Bike Library , onde as bicicletas podem ser alugadas por praticamente nada!) Usar uma bicicleta para alimentar um dispositivo economiza na sua conta de energia e dá à sua bicicleta um segundo propósito.
Um dos principais desafios ao projetar um dispositivo movido a pedal é a estabilidade da bicicleta. O pneu dianteiro deve ser mantido imóvel. Remova-o e estabilize a estrutura colocando-a entre blocos de concreto ou use uma cinta de pneu adequada. O pneu traseiro deve ser elevado para girar livremente. A melhor solução para isso parece ser um suporte para treinamento de bicicletas como o usado no WaterPod Tour de Volts . Não será necessária nenhuma remoção de pneus e nenhuma modificação permanente da bicicleta, mantendo-a utilizável. Outra opção mais trabalhosa é usar vigas 2x4 e compensado para criar uma plataforma elevada para o pneu pairar. Tenha cuidado para que a bicicleta seja sólida e estável.
Uma vez que a bicicleta esteja devidamente configurada para ficar parada, o movimento do pedal deve ser regulado com um volante. Basicamente, um volante é um disco giratório pesado usado para armazenar impulso. Um volante resiste a mudanças de velocidade, o que ajuda a estabilizar a rotação do eixo do gerador, uma vez que o torque desigual vem da bicicleta. Para uma explicação mais detalhada sobre volantes, incluindo características de design, clique aqui . Se você não se importa em tornar a bicicleta temporariamente inutilizável, você pode remover o pneu e a câmara ao redor da roda traseira e passar uma correia em uma polia presa ao gerador (em uma bicicleta típica de 10 velocidades, uma correia em V tamanho B deve trabalhar com polia 2,5î).
Exercício
A bicicleta ergométrica como a utilizada no Pedal Power MEOW é uma excelente opção. Ele foi projetado para ser estacionário, portanto já deve estar estável. Além disso, muitos dos acréscimos necessários a uma bicicleta não são necessários. Em muitos casos, um volante já está em volta da roda giratória da bicicleta. De preferência, um volante montado na frente com um canal é usado para acomodar uma correia do ventilador. A engrenagem da bicicleta que se mostrou eficaz é a de uma corrente de 52 dentes na bicicleta ergométrica conectada pela corrente ao volante, que possui uma roda livre de 16 dentes. O diâmetro do volante que se mostrou eficaz é com um volante de metal sólido com 15,5" de diâmetro.
Etapa 2: correia e polia
É necessária uma correia para conectar a roda giratória da bicicleta (ou volante) ao gerador através da polia. Dependendo da sua configuração, pode ser necessário algum trabalho de máquina para ajustar a correia corretamente. Quando a roda estiver pronta, basta passar a correia ao longo da ranhura da roda e conectá-la (sem deixar folga na correia) à polia fixada no gerador. Um exemplo de uso de correia e polia pode ser encontrado no Samoa Hostel Pain in the Axle .
A polia funciona como a roda da bicicleta. A correia o prende ao gerador. Isso permite que o trabalho realizado na bicicleta seja transferido para o gerador. A correia e a polia são, cada uma, uma das seis máquinas simples, comumente usadas para todos os tipos de projetos mecânicos.
Em dispositivos movidos a pedal, o tipo de polia necessária é dividido entre se o dispositivo movido a pedal substitui um dispositivo motorizado (como no caso da máquina de lavar a pedal CCAT ) ou se o dispositivo movido a pedal gera eletricidade (como no pedal CCAT alimentado TELEVISÃO ). Os dispositivos de substituição do motor geralmente usam uma polia motriz montada no eixo. A polia do gerador é recomendada com 3-4" de diâmetro. O diâmetro da polia pode ser alterado para facilitar o esforço necessário para girar a polia, colocando um diâmetro de polia maior. No entanto, a polia para dispositivos geradores de eletricidade usa uma correia de ventilador.
Correia de ventilador
A correia do ventilador, como a usada na TV a pedal e no videocassete CCAT , deve ser grande o suficiente para cobrir a circunferência do volante, da roda do gerador e a distância entre cada roda. As correias em V desperdiçam cerca de 20% do seu esforço de pedalada em fricção. As correias dentárias são aproximadamente 95% eficientes.
Braços de alavanca e rodas dentadas elípticas
Os braços de alavanca nos pedivelas, como o usado no Flock House Handcar Generator , podem aumentar a potência (bem) em mais de 50%. Um desses sistemas foi desenhado por Maurice Houbracken .
Um objetivo semelhante pode ser alcançado com rodas dentadas em transmissões por corrente que sejam elípticas, em vez de redondas. Por exemplo, se a roda dentada que está presa aos pedais de uma bicicleta for elíptica, com seu eixo maior perpendicular ao eixo das manivelas dos pedais e com o eixo dos pedais passando pelo centro da elipse, então efetivamente a engrenagem A proporção da transmissão varia à medida que os pedais giram. Quando o pé do motociclista está descendo, a relação de transmissão é mais alta, para atingir a velocidade mais alta. Quando os pés do piloto se movem horizontalmente, com pouca força, a relação de transmissão é mais baixa, proporcionando melhor vantagem mecânica e fazendo com que os pés ultrapassem esse alinhamento o mais rápido possível.
Etapa 3: Gerador
Cada uma dessas configurações possui um conjunto diferente de parâmetros de projeto, mas sua finalidade é idêntica: fornecer energia mecânica na forma de uma correia rotativa a um gerador que então produzirá energia elétrica.
Pode-se dizer que é no gerador que a mágica acontece. O gerador usa um movimento giratório (no nosso caso, criado ao pedalar uma bicicleta) para girar ímãs, criando uma corrente eletromagnética. Essa corrente pode ser usada de várias maneiras, mas o uso aleatório da corrente provavelmente levará ao não funcionamento ou à destruição do seu dispositivo elétrico ou eletrônico. Você pode aprender sobre geradores aqui .
Para o caso deste guia, tudo o que você realmente se preocupa é escolher o gerador certo. Normalmente, o melhor gerador para o trabalho é um motor DC de ímã permanente que produz 24 volts a 600 rpm (o motor funciona como um gerador, desde que o diodo e o fusível sejam colocados em série n, o que significa consecutivos em termos de engenharia elétrica n entre o gerador e a bateria).
Além disso, os geradores de 24 volts DC que se mostraram eficazes são geradores de ímã permanente com capacidade nominal de 1.800 rotações por minuto (rpm) e um potencial de saída de 1/3 cavalo-vapor. A saída de tensão é diretamente proporcional às rpm e a capacidade deste sistema é girar o gerador a 900 rpm. Isso levará a uma saída de 12 volts.
Não use alternador de carro. Eles são obrigados a girar muito rápido (3.000 a 10.000 rpm) e usar 1/3 do seu esforço de pedalada para alimentar um eletroímã em vez de usar ímãs permanentes que não consomem energia.
Você está quase lá! Agora todas as obras serão elétricas. É hora de conectar a bateria ao gerador (com algumas coisas intermediárias).
Fiação
Fio de cobre trançado de cobre de calibre 10. Não use fio de cobre sólido. A eletricidade é conduzida ao longo da superfície do fio de cobre. Quanto maior a área superficial, menor a resistência (perda de energia devido à conversão de eletricidade em calor). Quanto mais fios de cobre, melhor.
Etapa 4: Diodo
Você já passou por uma fila onde uma catraca era usada para manter as pessoas se movendo em apenas uma direção, na estação de metrô ou no parque de diversões? Um diodo funciona essencialmente da mesma maneira para a corrente. Uma válvula de eletricidade unidirecional colocada na fiação positiva ou negativa. Deve ser avaliado em 25 amperes e pelo menos 35 volts. Como um motor é um dispositivo bidirecional, algo deve estar instalado para evitar que a corrente volte para onde veio, fazendo com que o motor atue como um motor e não como um gerador (um motor realiza o trabalho oposto de um gerador pois absorve corrente e a converte em energia mecânica).
Você pode comprar um diodo no Radioshack por cerca de um dólar. O diodo ficará entre o gerador e a bateria, restando apenas o fusível entre ele e a bateria. No entanto, um diodo possui um terminal positivo e um terminal negativo. Certifique-se de conectar positivo com positivo e negativo com negativo ou o dispositivo não funcionará. Consulte a embalagem do seu diodo para determinar qual terminal é qual e, se ainda estiver com problemas, pergunte ao seu amigável Radioshack ou a outra loja de eletrônicos, representante de atendimento ao cliente.
Etapa 5: Fusível
O conceito de fusível é geralmente bem compreendido. Se houver um surto no sistema elétrico que faça com que muita corrente passe pelo fusível, ele estoura, o que cria uma lacuna no circuito (conhecida como circuito aberto). Essa lacuna impede que a corrente continue seu caminho. Sim, isso impede que o dispositivo funcione. Também evita que os dispositivos sejam destruídos por muita corrente. Pelo preço de um fusível, seu dispositivo pode voltar a funcionar!
O fusível deve ser de 25 amperes e deve ser conectado entre o terminal positivo da bateria e o terminal positivo do diodo.
Para obter um exemplo de gerador de bicicleta usando fusíveis, visite WaterPod Bicycle Energy Generator
Regulador de voltagem
O regulador de tensão limita a quantidade de fluxo de corrente quando a bateria atinge a carga total para evitar danos à bateria.
Medidor de Ampere, Tensão e RPM
Anexado à bicicleta ergométrica.
Etapa 6: bateria de chumbo-ácido
A bateria armazena a energia que você cria e a libera de maneira constante, em qualquer voltagem e corrente que você comprou para a bateria. Isso significa que você deve combinar a bateria com as necessidades do seu dispositivo. Você pode usar várias baterias em paralelo (todas elas conectadas lado a lado ao mesmo dispositivo, no nosso caso um gerador) para obter a correspondência correta. Novamente, recomendo que você peça conselhos a um fornecedor de eletrônicos sobre sua configuração específica. Depois de calcular os parâmetros da bateria, tudo o que você deve fazer é conectar o terminal positivo do fusível do diodo do gerador ao terminal positivo da bateria e o terminal negativo ao terminal negativo.
Uma bateria de ciclo profundo de 12 volts pode receber uma carga suplementar com a alimentação do pedal, mas é melhor usar a alimentação do pedal para corresponder à carga de um aparelho elétrico alimentado pela bateria ou por meio de um inversor. É melhor ainda carregar lanternas menores ou baterias de celular. O melhor é não usar bateria alguma, como no vaso do liquidificador elétrico a pedal.
Falta um passo...
Etapa 7: Inversor
O inversor converte sua corrente contínua (a que sai do gerador) em corrente alternada (é o tipo de corrente que sai da tomada). Ele transforma 12 volts DC em 110 AC. Seu alternador deve ter um plugue de 3 pinos para fácil conexão ao seu dispositivo. Basta conectar o plugue do dispositivo a uma tomada do alternador e os cabos do alternador aos terminais positivo e negativo da bateria. Como sempre, certifique-se de conectar positivo com positivo e negativo com negativo.
Os inversores devem ser capazes de lidar com potenciais cargas elétricas de pico. Para determinar as cargas, observe os requisitos de watts na parte traseira dos aparelhos. Este cálculo deve ser usado para garantir que o inversor possa suportar as cargas elétricas. A maioria dos inversores varia em sua eficiência sob cargas elétricas, permitindo que 60% -90% da corrente CC original de 12 volts seja transferida para 110 volts CA.
É isso! Você está pronto para gerar eletricidade enquanto faz um ótimo treino! Ao gerar eletricidade para dispositivos elétricos não eletrônicos, como lâmpadas de circulação, o inversor não é necessário. Depois de um processo longo e difícil, finalmente chegou a hora de testá-lo.
Etapa 8: uma máquina simples
Essa parte vai variar dependendo do seu projeto, mas a ideia é usar uma ou mais correias e polias para girar o mecanismo que de outra forma seria girado com energia elétrica. No diagrama de Matthew Rhodes , uma correia é conectada diretamente ao motor que gira a máquina de lavar. Esta é a configuração mais simples. Para saber mais sobre máquinas simples clique aqui .
Exemplos
Links para peças
- Recursos para bicicletas:
- Na Bike Library em Arcata, CA, você pode alugar uma bicicleta por 6 meses por US$ 20. E você recebe seu dinheiro de volta ao devolver sua bicicleta dentro de 6 meses!
- ScienceShareware tem um exemplo de tensão DC criada a partir de uma bicicleta ergométrica.
- Suportes / treinadores de bicicletas:
- A Convergence Tech é um excelente suporte especificamente para gerar corrente de potência no pedal. A empresa vende instruções e fornece listas de peças para facilitar a compra. A maior parte do trabalho duro é feita para você!
- Geradores:
- Confira este miniaplicativo Java mostrando como funcionam os geradores elétricos. Legal!
- O Thomas Register Directory possui uma lista de fornecedores de geradores.
- Diodos:
- Saiba mais sobre o que um diodo faz aqui
- Baterias, fusíveis, inversores, geradores e outros equipamentos elétricos podem ser adquiridos na Mouser Electronics .
Outros links
- Site oficial do CCAT
- Veja a pesquisa atual sobre Pedal Power publicada pelo CCAT .
- Saiba mais sobre a corrente elétrica em sua casa aqui.
- Um alternador pode ser útil em alguns projetos de Pedal Power. Aprenda sobre eles aqui.
Sendog6913 17h30, 2 de março de 2008 (PST)Cal Poly Humboldt - CCAT
