HCOE bike power classroom/fr
Les étudiants auront l'occasion de travailler avec les étudiants de McKinleyville High School (MHS) et le Humboldt County Office of Education (HCOE) pour concevoir des cours adaptés à la technologie appropriée. Au cours du semestre de printemps 2017, Caroline Stoddard et Kelsey Summers concevront un projet d'énergie à vélo et un programme éducatif correspondant qui sera dispensé à McKinleyville, en Californie, une fois par semaine. L'objectif est de concevoir et de construire un vélo capable de produire de l'électricité. L'objectif du cours est de fournir aux étudiants des points forts dans les activités pratiques tout en travaillant au service de la communauté. Ce projet d'énergie à vélo a également le potentiel de fournir des idées de programmes futurs pour les projets d'apprentissage du service d'énergie à vélo.
Énoncé du problème
L'objectif principal de ce projet est de développer un projet de vélo électrique à pédales mécaniques capable d'alimenter un mixeur. Les élèves de MHS participeront à des cours de 50 minutes qui porteront sur les principes fondamentaux de la technologie appropriée, du prototypage, de la conception de projets, de la construction et des tests de vélos mécaniques de mixeur. Les projets d'introduction comprendront un t-shirt, un sac fourre-tout et des cahiers de bricolage. En fonction des besoins, des intérêts et du temps des élèves, les projets futurs pourraient inclure la conception de jardins comestibles et/ou des pierres de gué en papier.
Revue de littérature
La création d'énergie à partir de la force du pédalage peut servir à démontrer ce que l'on peut faire en exploitant le potentiel humain. Tout au long de l'histoire, la force humaine a été utilisée pour répondre à toutes sortes de besoins. Dans les années 1940, les appareils à manivelle manuelle, y compris les radios à propulsion humaine, étaient courants, mais l'énergie générée par les appareils à propulsion par les jambes est bien plus importante. Bientôt, les pièces de pédalier de vélo, capables de générer jusqu'à 60 watts de puissance, sont apparues. [ 1 ]
Ce mouvement de manivelle ou de pédalage sert d'énergie mécanique qui est ensuite convertie en énergie électrique. [ 2 ] La puissance du pédalage peut être utilisée pour charger une batterie ou utilisée directement pour aider aux processus agricoles, faire fonctionner des outils, alimenter des mélangeurs, des machines à laver, des appareils, des ampoules électriques ; les possibilités sont vastes et peuvent être adaptées pour répondre à différents objectifs et besoins.
La puissance du pédalage est souvent divisée en deux catégories, mécanique et électrique.
Puissance de la pédale électrique
Le vélo électrique exploite la puissance mécanique du pédalage et la convertit en énergie électrique. La conception d'un vélo électrique peut perdre une partie de l'énergie potentielle entre la conversion via le générateur ou l'alternateur et encore plus s'il est utilisé en conjonction avec une batterie.
Ces schémas peuvent être utilisés pour n'importe quel vélo en retirant la roue arrière et en montant le cadre. [ 3 ]
Puissance de la pédale mécanique
Les vélos mécaniques utilisent la puissance du mouvement de manivelle pour actionner directement un mécanisme.
Pièces
Tout d’abord, vous avez besoin d’un vélo. De nombreuses personnes recommandent d’utiliser un vélo d’exercice car il résout tous les problèmes de stabilisation du vélo, d’autres ont utilisé des supports d’entraînement, mais la création d’un cadre personnalisé ou l’utilisation de parpaings peuvent également permettre de monter le vélo.
Il existe deux principaux modes de transmission de puissance pour les accessoires de vélo : la transmission par chaîne et la transmission par friction. Ces deux transmissions peuvent être utilisées pour répondre aux besoins de puissance de la plupart des accessoires de pédalage.
Les transmissions par chaîne doivent être associées à des appareils à faible vitesse. Les transmissions par chaîne sont plus efficaces ; une étude réalisée à Johns Hopkins a révélé des taux d'efficacité allant de 81 % à 96,8 %. [ 4 ] Les transmissions par chaîne sont souvent utilisées pour cette raison, mais peuvent être plus coûteuses et moins accessibles.
Les transmissions par courroie et par rouleau sont les deux principaux types de transmissions par friction. Les transmissions par courroie peuvent être fabriquées à partir de caoutchouc recyclé, mais un étirement est inévitable, en particulier dans des conditions humides. [ 5 ] Une poulie est la machine simple qui génère l'énergie mécanique. Une petite poulie sur un générateur tournera plus vite qu'une grande. Le type d'arbre de transmission auquel la poulie sera connectée (chaîne ou transmission par friction) déterminera la taille de la poulie. [ 6 ]
Un générateur ou un alternateur est utilisé pour créer de l'énergie électrique. Un moteur à courant continu (CC) à aimant permanent est typique pour les appareils à pédales. Les aimants internes créent un champ magnétique ; des générateurs d'une puissance nominale de 500 à 1000 tr/min sont recommandés. L'utilisation d'un alternateur de voiture est une option, mais les électroaimants internes sont capables de fonctionner à des milliers de tr/min, ce rythme peut être trop rapide pour les besoins de puissance du pédalage. [ 7 ]
Une diode est un élément de circuit qui permet au courant électrique de circuler dans un sens et pas dans l'autre. [ 8 ]
Un fusible protège l'équipement. Lorsqu'un courant trop important traverse un fusible, celui-ci saute, ce qu'on appelle aussi un circuit ouvert. La coupure arrête la surtension et protège votre système électrique. [ 9 ]
Une batterie est un conteneur d’une ou plusieurs cellules qui convertit l’énergie chimique en électricité utilisée comme source d’énergie.
Un onduleur est essentiellement une prise électrique portable qui transforme le courant continu (CC) en courant alternatif (CA). La tension d'entrée, la tension et la fréquence de sortie, ainsi que la puissance globale gérée dépendent de la conception de l'appareil ou du circuit spécifique. [ 10 ]
Un volant d'inertie est une roue lourde qui tourne dans une machine et qui stocke l'énergie de votre pédalage. Cela augmente l'élan de la machine et augmente la puissance disponible. Une roue lourde avec de bons roulements est recommandée. [ 11 ]
Les bras de levier peuvent être utilisés pour augmenter la puissance de sortie. Une conception qui a été utilisée pour les projets de puissance de pédale passés par Maurice Houbracken
Pignon de vélo/pignon elliptique : « Un disque avec des dents sur sa circonférence pour entraîner une chaîne, un terme général qui s'applique à la fois aux plateaux et aux pignons à roue libre. » [ 12 ] C'est autour de cela que s'enroule la chaîne du vélo, les pignons sont mesurés par le nombre de dents (pas) et la largeur. Un pignon elliptique peut également augmenter la production d'énergie en utilisant des pignons de forme elliptique par opposition à des pignons de forme circulaire. [ 13 ]
Enseigner la puissance du vélo
La puissance du vélo est utilisée comme outil pédagogique pour enseigner aux étudiants les bases de l'énergie et de la puissance. Les exercices peuvent être adaptés pour mettre en évidence la fonction mécanique ou électrique, l'efficacité énergétique ou les préoccupations environnementales. La puissance du vélo donne également lieu à une technologie appropriée (TA) et à l'utilisation de la puissance humaine pour répondre à nos besoins. La TA est un sujet important à enseigner aux jeunes car elle intègre l'apprentissage pratique, la conception simple, l'entretien, le faible coût et la base de connaissances locales. La TA utilise les ressources locales pour résoudre les problèmes et fournir des services aux personnes. [ 14 ]
Critères du client
Nous attendons l'approbation administrative de l'école Mckinleyville et une réunion avec les enseignants de la classe TLC avant d'établir les critères du projet. Lors de la planification de ce projet, notre objectif est de rester attentif aux niveaux scolaires individuels des élèves, car la classe est composée d'élèves de collège ayant des compétences et des intérêts variés. Les critères et les contraintes sont basés sur les informations fournies par les enseignants et les élèves de MHS.
| Critères | Contraintes | Poids (1-10) |
|---|---|---|
| Valeur éducative | notions de base sur l'énergie | 9 |
| Faible compétence | convivial | 7 |
| Taille | adapté aux enfants | 5 |
| Mobilité | dans et hors de la classe | 3 |
| Parties | recyclé/d'origine locale | 6 |
| Fiable | fonction lorsque nécessaire | 9 |
| Faible coût | s'adapter au budget | 6 |
Exemples de systèmes
Le CCAT a largement contribué aux innovations en matière de pédalage. Certaines conceptions comprennent des mixeurs électriques pour vélos, des outils et des projets à plus grande échelle comme le Mobile Energy Operations Wagon (MEOW). Foodshare.net propose d'excellentes instructions pour créer un mixeur électrique pour vélo adapté aux objectifs pédagogiques. [ 15 ] Maya Pedal offre d'excellents exemples de la manière dont la puissance du vélo peut générer de vraies solutions. Des bicimaquinas ont été conçues pour pomper de l'eau, moudre des céréales, décortiquer des noix et dépulper du café. Des fiches d'information, des instructions et des modèles de croquis sont disponibles pour de nombreuses conceptions. [ 16 ]
Prototypage
Prototype en carton de Kelsey Summers. ENGR305 Printemps 2017.
L'une des étudiantes, Lilly Meyers, crée un prototype sur son ordinateur personnel. Mckinleyville High School Printemps 2017.
Prototype de Lilly Meyers. Lycée Mckinleyville, printemps 2017.
Prototype de Lilly Meyers. Lycée Mckinleyville, printemps 2017.
Construction
Cours sur la puissance du vélo ! Enseignement aux élèves de la puissance du vélo et séance de brainstorming sur la façon dont nous pourrions alimenter le mixeur.
Plan de cours sur la puissance du vélo pour le prototypage. Les élèves découpent tous les morceaux et les collent ensemble sur un papier pour créer un mixeur pour vélo.
Il s'agit du dessin original qui a été découpé en morceaux pour le prototype du plan de cours avec les élèves vus ci-dessus.
Choisissez un cadre de vélo adapté à vos besoins pour le projet Blender. Vous pouvez même en fabriquer un pour les enfants avec un petit vélo !
Il s'agit du panneau de bois utilisé pour relier la base du mixeur au porte-vélo au-dessus du pneu arrière.
Kelsey Summers aligne la base du mixeur avec le panneau de bois et trouve la bonne position pour la tige rotative.
Oups ! La chaîne que nous avons est trop longue ! Kelsey Summers a coupé la chaîne à la bonne taille et l'a reconnectée en utilisant l'un des rivets en excès (des maillons de la chaîne retirés).
À l'intérieur de la base du mixeur. Cette ouverture est celle par laquelle passera la tige filetée. La tige sera renforcée pour l'empêcher de bouger et de se décaler.
Une rondelle de protection a été ajoutée à l'ouverture afin que la tige filetée puisse s'adapter parfaitement et ne pas bouger.
Lors du collage de la rondelle de protection sur l'ouverture, un crayon de couleur a été utilisé pour maintenir la rondelle en place afin qu'elle sèche dans la bonne position. La rondelle de protection reposera contre le tube en PVC illustré ci-dessous. Le tube et les rondelles créent le mécanisme permettant de stabiliser la tige rotative.
Le tube en PVC maintient la tige rotative en place afin qu'elle ne se décale pas.
Base de mixeur avec tube en PVC et tige rotative avec roue de skateboard. La roue est placée à plat contre le pneu du vélo. Lorsque le pneu tourne, il fait tourner la roue de skateboard qui fait tourner la tige et les lames du mixeur.
C'était le dernier cours d'enseignement de la puissance du vélo aux élèves du lycée Mckinleyville. Ensuite, nous avons fêté ça avec des smoothies !
Le premier smoothie avec les élèves en classe ! Merci aux animatrices qui ont apporté les fruits !
Le vélo est complet !
Chronologie provisoire
| Action | Date d'achèvement | Date d'achèvement réel | ||
|---|---|---|---|---|
| Approuvé pour travailler avec l'école (test de tuberculose et prise d'empreintes digitales) | 20/02/17 | 17/02/17 | ||
| Rencontrer l'enseignant - établir des critères | 24/02/17 | 07/03/17 | ||
| Conception et structure du programme d'études | 01/03/17 | 08/03/17 | ||
| 1er cours de vélo électrique à Mckinleyville - Apprenez aux étudiants ce qu'est l'AT Sac fourre-tout/cahiers DIY | 03/03/17 | 23/03/17 | ||
| Créer un ou deux prototypes | 19/02/17 | 19/02/17 | ||
| Budget du projet | 26/02/17 | 06/05/17 | ||
| Acheter tout le matériel pour le projet de vélo | 01/03/17 | 29/04/17 | ||
| 2e cours de puissance de vélo à Mckinleyville - introduction à la puissance du vélo et au prototypage, brainstorming | 10/03/17 | 30/03/17 | ||
| 3e cours - planification, pièces, conception discutées avec les étudiants | 24/03/17 | 06/04/17 | ||
| 4e classe - pièces détachées et début de la construction | 31/03/12 | 31/03/12 | ||
| 5e classe - pièces détachées et début de la construction | 04/07/17 | Vacances de printemps MHS (20/04/17) | ||
| 6e classe - construction et tests | 14/04/2017 | Cours MHS annulé (27/04/17) | ||
| 7e classe - tests, soirée smoothie, retours élèves/professeurs | 21/04/17 | 04/05/17 | ||
| Rédaction finale, évaluation du succès du projet, leçons apprises | 07/05/17 | 09/05/17 |
Coûts
Les coûts engendrés par ce projet seront minimes. L'un des critères de notre projet est d'utiliser tous les produits locaux et recyclés. CCAT a été assez généreux pour faire don d'environ la moitié des matériaux nécessaires à notre projet de pédalage. Un grand merci ! Au fur et à mesure que nous progressons dans l'acquisition des matériaux, nous trouverons peut-être de meilleures options et opportunités pour garantir que notre projet utilise les ressources locales les plus facilement accessibles.
| Quantité | Matériel | Source | Coût ($) | Total ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Vélo | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Mixer | Magasin d'occasions | 8.00 | 8.00 |
| 1 | Porte-bagages arrière pour vélo | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Support de vélo pour mélange stationnaire | eBay | 30,00 | 30,00 |
| 1 | Planche de bois 12" x 5" | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Plaque métallique | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 2 | Vis à bois | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 4 | Boulons 1/4" x 2" | Quincaillerie Ace | 0,80 | 3.20 |
| 4 | Rondelle 1/4" | Quincaillerie Ace | 0,20 | 0,80 |
| 4 | Écrou 1/4" | Quincaillerie Ace | 0,25 | 1,00 |
| 1 | Tige filetée 3/8" | Quincaillerie Ace | 8.00 | 8.00 |
| 1 | Roue de transmission | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Chambre à air de vieux vélo | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Colle à bois | CCAT (donné) | 0,00 | 0,00 |
| Coût total | 51,00 $ | |||
Opération
Instructions
Les instructions d'utilisation sont assez simples. Le pédalage fait tourner la roue arrière qui tourne contre la tige rotative fixée à la roue du skateboard qui alimente le mixeur. Assurez-vous que le mixeur est bien en place et que le pédalage est régulier et lent.
Conclusion
Soirée Smoothie au lycée Mckinleyville, printemps 2017
Fini le mixeur à vélo et la fête des smoothies à Mckinleyville High School, printemps 2017
Références
- ↑ Starner/Paradiso http://www.cc.gatech.edu/~thad/p/.../human-generated-power-for-mobile-electronics.pdf
- ↑ Gilmore, A. « L'énergie humaine : récupération d'énergie à partir d'activités récréatives. » Guelph Engineering Journal, Guelph 1 (2008) : 8-16.
- ↑ Ajayi, Arinola B. et Frank N. Okafor. « Développement d'un vélo de fitness à double usage amélioré pour la production d'électricité. » Développement 3.7 (2013).
- ↑ Spicer, JB; Richardson, CJK; Ehrlich, MJ; Bernstein, JR (2000). « Sur l'efficacité des transmissions par chaîne de bicyclette », extrait de Human Power : Technical Journal of the International Human Powered Vehicle Association, numéro 50, printemps 2000.
- ↑ Wu, Jodie. Accessoires pour vélos : conception pour les pays en développement. Mémoire de fin d'études. Massachusetts Institute of Technology, 2009.
- ↑ CASL et EDC. Alimentation électrique portable à pédale. Une proposition pour AAA et Burt Rutan, 2005.
- ↑ CASL et EDC. Alimentation électrique portable à pédale. Une proposition pour AAA et Burt Rutan, 2005.
- ^ https://www.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-semiconductor-devices/ee-diode/v/ee-diode
- ↑ gorgeousrevolution.org
- ↑ CASL et EDC. Alimentation électrique portable à pédale. Une proposition pour AAA et Burt Rutan, 2005.
- ↑ Preuit Amy. Comment installer une machine à laver à pédale
- ^ http://web.archive.org/web/20190403010204/http://www.engineering-dictionary.org:80/Sprocket
- ↑ CASL et EDC. Alimentation électrique portable à pédale. Une proposition pour AAA et Burt Rutan, 2005.
- ^ nau.edu/CEFNS/Engineering/Mechanical/.../Energy/_.../bike-generator-curriculum/
- ^ foodshare.net/custom/uploads/2015/11/Bike_Blender_Guide_HIGH.pdf
- ↑ http://www.mayapedal.org/