Os alunos terão a oportunidade de trabalhar com os alunos da McKinleyville High School (MHS) e com o Escritório de Educação do Condado de Humboldt (HCOE) para projetar palestras adaptadas à tecnologia apropriada. Durante o semestre da primavera de 2017, Caroline Stoddard e Kelsey Summers elaborarão um projeto de energia para bicicletas e o currículo educacional correspondente a ser ministrado em McKinleyville, CA, uma vez por semana. A intenção é projetar e construir uma bicicleta capaz de produzir eletricidade. O objetivo da aula é fornecer aos alunos pontos fortes em atividades práticas enquanto trabalham para servir a comunidade. Este projeto de pedalada também tem o potencial de fornecer ideias curriculares futuras para projetos de aprendizagem de serviços de potência de bicicleta.
Declaração do problema
O objetivo principal deste projeto é desenvolver um projeto de bicicleta elétrica com pedal mecânico capaz de acionar um liquidificador. Os alunos do MHS participarão de palestras de 50 minutos que enfocarão os princípios básicos de tecnologia apropriada, prototipagem, design de projeto, construção e testes de liquidificadores mecânicos para bicicletas. Os projetos introdutórios incluirão uma camiseta, uma sacola e cadernos DIY. Dependendo das necessidades, interesses e tempo do aluno, projetos futuros podem incluir projetos de jardins comestíveis e/ou trampolins de papel-concreto.
Revisão da literatura
A criação de energia a partir da força do pedal pode ser usada como uma demonstração do que o aproveitamento do potencial humano pode fazer. Ao longo da história, o poder humano tem sido usado para atender a todos os tipos de necessidades. Na década de 1940, dispositivos de manivela manual, incluindo rádios movidos a energia humana, eram comuns, mas a energia gerada por dispositivos movidos a pernas é muito maior. Logo veio o advento das peças de potência para pedais de bicicleta, capazes de gerar até 60 Watts de potência. [1]
Esse movimento de acionamento ou pedalada serve como energia mecânica que é então convertida em energia elétrica. [2] A energia do pedal pode ser usada para carregar uma bateria ou diretamente para auxiliar em processos agrícolas, operar ferramentas, liquidificadores, máquinas de lavar, eletrodomésticos, lâmpadas; as possibilidades são vastas e podem ser adaptadas para atender a diferentes objetivos e necessidades.
A potência do pedal é frequentemente dividida em duas categorias: mecânica e elétrica.
Potência do pedal elétrico
A energia da bicicleta elétrica aproveita a potência mecânica da pedalada e a converte em energia elétrica. O projeto da bicicleta elétrica pode perder alguma energia potencial entre a conversão através do gerador ou alternador e ainda mais se usada em conjunto com uma bateria.
Esses esquemas podem ser usados para qualquer bicicleta, removendo a roda traseira e montando o quadro. [3]
Potência do pedal mecânico
As bicicletas mecânicas usam a força do movimento de partida para operar diretamente algum mecanismo.
Peças
Em primeiro lugar, você precisa de uma bicicleta. Muitas pessoas recomendam o uso de uma bicicleta ergométrica, pois ela resolve qualquer problema de estabilização da bicicleta, outras usam suportes de treinamento, mas criar uma estrutura personalizada ou usar blocos de concreto também pode ajudar na montagem da bicicleta.
Existem dois modos principais de transmissão de força para acessórios de bicicleta: transmissão por corrente e transmissão por fricção. Essas duas unidades podem ser usadas para atender aos requisitos de potência da maioria dos acessórios de pedal.
As transmissões por corrente devem ser emparelhadas com dispositivos de baixa velocidade. As transmissões por corrente são mais eficientes; um estudo da Johns Hopkins encontrou taxas de eficiência de 81% a 96,8%. [4] As transmissões por corrente são frequentemente mais utilizadas por causa disso, mas podem ser mais caras e menos acessíveis.
Acionamentos por correia e acionamentos por rolos são os dois principais tipos de acionamentos por fricção. Os acionamentos por correia podem ser fabricados com borracha reciclada, mas eventualmente o estiramento ocorrerá especialmente em condições úmidas. [5] Uma polia é a máquina simples que irá gerar a energia mecânica. Uma polia pequena em um gerador girará mais rápido do que uma polia grande. O tipo de eixo de transmissão ao qual a polia será conectada; corrente ou acionamento por fricção determinarão o tamanho da polia. [6]
Um gerador ou alternador é usado para criar energia elétrica. Um motor de corrente contínua (CC) de ímã permanente é típico para dispositivos de potência de pedal. Os ímãs internos criam um campo magnético; geradores com classificações de 500 a 1000 rpm são recomendados. Usar um alternador de carro é uma opção, mas os eletroímãs internos são capazes de funcionar a milhares de rpms, esse ritmo pode ser muito rápido para as necessidades de potência do pedal. [7]
Um diodo é um elemento de circuito que permite que a corrente elétrica circule em uma direção e não na outra. [8]
Um fusível protege o equipamento. Quando muita corrente passa por um fusível, ele estoura, também conhecido como circuito aberto. A ruptura impede que o surto continue e protege seu sistema elétrico. [9]
Uma bateria é um recipiente de uma ou mais células que converte energia química em eletricidade que é usada como fonte de energia.
Um inversor é essencialmente uma tomada elétrica portátil que transforma corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). A tensão de entrada, a tensão e a frequência de saída e o manuseio geral da energia dependem do projeto do dispositivo ou circuito específico. [10]
Um volante é uma roda giratória pesada em uma máquina que armazena a energia de sua pedalada. Isso aumenta o impulso da máquina e aumenta a potência disponível. Recomenda-se uma roda pesada com bons rolamentos. [11]
Os braços de alavanca podem ser usados para aumentar a potência. Um design que foi usado em projetos anteriores de pedal power por Maurice Houbracken
Roda dentada de bicicleta/roda dentada elíptica: "Um disco com dentes em sua circunferência para acionar uma corrente, um termo geral que se aplica tanto a anéis de corrente quanto a rodas dentadas de roda livre." [12] É assim que a corrente da bicicleta envolve, as rodas dentadas são medidas pelo número de dentes (passo) e largura. Uma roda dentada elíptica também pode aumentar a produção de energia usando rodas dentadas elípticas opostas a circulares. [13]
Ensinando a potência da bicicleta
A potência do pedal tem sido usada como uma ferramenta educacional para ensinar aos alunos os conceitos básicos de energia e potência. Os exercícios podem ser adaptados para destacar a função mecânica ou elétrica, a eficiência energética ou as preocupações ambientais. A energia da bicicleta também dá origem à tecnologia apropriada (AT) e à utilização da força humana para atender às nossas necessidades. TA é um tópico importante para ensinar os jovens porque incorpora aprendizagem prática, design simples, manutenção, baixo custo e base de conhecimento local. A AT utiliza recursos locais para resolver problemas e prestar serviços às pessoas. [14]
Critérios do cliente
Estamos aguardando aprovação administrativa da escola de Mckinleyville e reunião com os professores da sala do TLC até estabelecermos os critérios do projeto. Ao planejar este projeto, nosso objetivo é permanecer atento às séries individuais dos alunos, uma vez que a sala de aula é uma mistura de alunos do ensino médio com habilidades e interesses variados. Os critérios e restrições baseiam-se nas informações fornecidas pelos professores e alunos do MHS.
| Critério | Restrições | Peso (1-10) |
|---|---|---|
| Valor educacional | noções básicas de energia | 9 |
| Baixa habilidade | amigo do usuário | 7 |
| Tamanho | adequado para crianças | 5 |
| Mobilidade | dentro e fora da sala de aula | 3 |
| Peças | reciclado/de origem local | 6 |
| Confiável | funcionar quando necessário | 9 |
| Baixo custo | caber dentro do orçamento | 6 |
Exemplos de sistema
O CCAT contribuiu muito para as inovações na potência dos pedais. Alguns projetos incluem liquidificadores elétricos para bicicletas, ferramentas e projetos de maior escala, como o Mobile Energy Operations Wagon (MEOW). Foodshare.net oferece ótimas instruções para criar um liquidificador elétrico para bicicleta feito sob medida para atender aos objetivos educacionais. [15] O Maya Pedal oferece ótimos exemplos de como a energia da bicicleta pode gerar soluções reais. As bicimáquinas foram projetadas para bombear água, moer grãos, descascar nozes e despolpar café. Fichas técnicas, instruções e modelos de esboço estão disponíveis para muitos dos projetos. [16]
Prototipagem
Kelsey Summers Protótipo Um de papelão. ENGR305 Primavera de 2017.
Construção
Kelsey Summers está alinhando a base do liquidificador com o painel de madeira e encontrando a posição correta para a haste giratória.
Ops! A corrente que temos é muito longa! Kelsey Summers cortou a corrente no tamanho certo e conectou-a novamente usando um dos rebites em excesso (dos elos da corrente removidos).
Uma arruela de pára-lama foi adicionada à abertura para que a haste roscada possa se encaixar perfeitamente e não se mover.
Cronograma provisório
| Ação | Data de conclusão | Data realmente concluída | ||
|---|---|---|---|---|
| Aprovado para trabalhar com a escola (teste de TB e impressões digitais) | 20/02/17 | 17/02/17 | ||
| Conheça o professor – estabeleça critérios | 24/02/17 | 07/03/17 | ||
| Desenho e estrutura do currículo | 01/03/17 | 03/08/17 | ||
| 1ª aula de potência de bicicleta em Mckinleyville - Ensine ao aluno o que AT é sacola / cadernos DIY | 03/03/17 | 23/03/17 | ||
| Faça um ou dois protótipos | 19/02/17 | 19/02/17 | ||
| Orçamento do projeto | 26/02/17 | 06/05/17 | ||
| Compre todos os materiais para o projeto da bicicleta | 01/03/17 | 29/04/17 | ||
| 2ª aula de potência de bicicleta em Mckinleyville - introdução à potência e prototipagem de bicicletas, brainstorming | 10/03/17 | 30/03/17 | ||
| 3ª aula- planejamento, peças, projeto discutido com os alunos | 24/03/17 | 06/04/17 | ||
| 4ª aula - peças e início da construção | 31/03/12 | 31/03/12 | ||
| 5ª aula - peças e comece a construir | 07/04/17 | Férias de primavera do MHS (20/04/17) | ||
| 6ª aula - construção e teste | 14/04/2017 | Aula MHS cancelada (27/04/17) | ||
| 7ª aula - testes, festa de smoothies, feedback de alunos/professores | 21/04/17 | 04/05/17 | ||
| Redação final, avaliação do sucesso do projeto, lições aprendidas | 07/05/17 | 09/05/17 |
Custos
Nossos custos acumulados neste projeto serão mínimos. Um critério do nosso projeto é usar todos os produtos reciclados e de origem local. O CCAT foi generoso o suficiente para doar cerca de metade dos materiais necessários para o nosso projeto de pedal power. Um grande obrigado! À medida que avançamos na aquisição de materiais, poderemos encontrar melhores opções e oportunidades para garantir que o nosso projecto utilize os recursos locais mais facilmente acessíveis.
| Quantidade | Material | Fonte | Custo ($) | Total ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Bicicleta | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Liquidificador | Brechó | 8h00 | 8h00 |
| 1 | Rack traseiro de bicicleta | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Suporte de bicicleta para mistura estacionária | ebay | 30h00 | 30h00 |
| 1 | Tábua de madeira 12" x 5" | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Prato de metal | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 2 | Parafusos de madeira | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 4 | Parafusos 1/4" x 2" | Ace Hardware | 0,80 | 3.20 |
| 4 | Arruela 1/4" | Ace Hardware | 0,20 | 0,80 |
| 4 | Porca 1/4" | Ace Hardware | 0,25 | 1,00 |
| 1 | Haste Rosca 3/8" | Ace Hardware | 8h00 | 8h00 |
| 1 | Roda de Transmissão | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Tubo de bicicleta antiga | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| 1 | Cola de madeira | CCAT (doado) | 0,00 | 0,00 |
| Custo total | US$ 51,00 | |||
Operação
Instruções
As instruções de uso são bastante diretas. Pedalar gira a roda traseira que gira contra a haste giratória presa à roda do skate que alimenta o liquidificador. Certifique-se de que o liquidificador esteja totalmente encaixado e que a pedalada seja consistente e lenta.
Conclusão
Festa do Smoothie na Mckinleyville High School, primavera de 2017
Concluí a Bike Blender and Smoothie Party na Mckinleyville High School, primavera de 2017
- ^ Starner/Paradiso http://www.cc.gatech.edu/~thad/p/.../human-generated-power-for-mobile-electronics.pdf
- ^ Gilmore, A. "Poder humano: Recuperação de energia de atividades recreativas." Diário de Engenharia Guelph, Guelph 1 (2008): 8-16.
- ^ Ajayi, Arinola B. e Frank N. Okafor. "Desenvolvimento de bicicleta fitness de dupla finalidade aprimorada para geração de eletricidade." Desenvolvimento 3.7 (2013).
- ^ Spicer, JB; Richardson, CJK; Erlich, MJ; Bernstein, JR (2000). "On the Efficiency of Bicycle Chain Drives", de Human Power: Technical Journal of the International Human Powered Vehicle Association, Número 50, Primavera de 2000.
- ↑ Wu, Jodie. Acessórios movidos a bicicletas: projetando para países em desenvolvimento. Diss. Instituto de Tecnologia de Massachusetts, 2009.
- ^ CASL e EDC. Potência de pedal portátil. Uma proposta para AAA e Burt Rutan, 2005.
- ^ CASL e EDC. Potência de pedal portátil. Uma proposta para AAA e Burt Rutan, 2005.
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-semiconductor-devices/ee-diode/v/ee-diode
- ↑ magnífica revolução.org
- ^ CASL e EDC. Potência de pedal portátil. Uma proposta para AAA e Burt Rutan, 2005.
- ^ Preuit Amy. Como configurar uma máquina de lavar com pedal
- ^ http://web.archive.org/web/20190403010204/http://www.engineering-dictionary.org:80/Sprocket
- ^ CASL e EDC. Potência de pedal portátil. Uma proposta para AAA e 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/