Samoa Hostel Pain in the Axle/pt
"Pain in the Axle" é um gerador elétrico movido a bicicleta que utiliza uma bicicleta ergométrica reclinada modificada para acionar um gerador que alimenta uma televisão e um DVD player. O "Pain in the Axle" ficará na área comum do Samoa Hostel para uso dos hóspedes.
Contexto
A Triad Design criou o projeto "Pain in the Axle" em cooperação com a Danco e o Humboldt Bay Center for Sustainable Living . O dispositivo precisaria alimentar um aparelho de TV/DVD e inspirar os usuários a reduzir o consumo de energia. O projeto será instalado no Samoa Hostel, juntamente com diversos outros projetos desenvolvidos por estudantes de engenharia da Cal Poly Humboldt. O Samoa Hostel tem inauguração prevista para o verão de 2011, como um esforço conjunto entre a Danco Builders e o Humboldt Bay Center for Sustainable Living . O projeto apresentará técnicas de construção ecologicamente corretas, com o objetivo de ensinar os hóspedes a viver de forma mais sustentável.
Objetivo e Critérios
"Pain in the Axle" foi projetado com quatro objetivos em mente:
- Educar os hóspedes do albergue sobre o trabalho necessário para alimentar aparelhos eletrônicos comuns
- Alimente uma televisão e um leitor de DVD com a energia limpa do pedal
- Promover uma vida saudável transformando uma atividade passiva (assistir televisão) em algo que requer o envolvimento ativo do usuário
- Enriquecer a comunidade fornecendo meios de aprendizagem cooperativa e inspiração
Para atingir esses objetivos, a Triad Design adotou sete critérios distintos no projeto da unidade. Os critérios foram classificados por importância.
| Critérios | Peso (0-10) | Descrição |
|---|---|---|
| Segurança | 10 | Os componentes elétricos e mecânicos da unidade não devem representar um risco à segurança dos usuários |
| Durabilidade | 9 | O modelo deve ser capaz de suportar o uso diário por vários anos com pouca manutenção |
| Valor Educacional | 9 | O design deve ensinar os usuários sobre o consumo de energia de forma prática |
| Custo | 8 | O design está abaixo do orçamento |
| Facilidade de uso | 8 | A bicicleta é confortável e fácil de usar para o ciclista médio |
| Capacidade de potência | 7 | O dispositivo é capaz de alimentar (no mínimo) uma televisão e um leitor de DVD |
| Estética | 5 | O design deve ter uma aparência profissional e atrair a atenção dos visitantes |
Design Final
"Pain in the Axle" foi projetado para funcionar de maneira semelhante a uma bicicleta ergométrica reclinada típica, como mostrado na Figura 2. A bicicleta reclinada foi modificada para acionar um gerador, cuja tensão de saída é relativa à velocidade de pedalada do usuário. Para alimentar a TV e o aparelho de DVD, o usuário deve pedalar a uma taxa que produza pelo menos 10 V. Um voltímetro permite que o ciclista veja quanta tensão está sendo produzida e ajuste a velocidade de pedalada de acordo. Se a tensão cair abaixo de 10 V, um conversor CC/CC interrompe automaticamente a saída de energia. Isso fará com que a TV e o aparelho de DVD percam energia e desliguem. O ciclista deve aumentar a velocidade de pedalada e elevar a tensão de volta para 10 V para que a TV e o aparelho de DVD voltem a ligar.
A bicicleta
O design do Pain in the Axle é baseado em uma bicicleta ergométrica reclinada Pro-Form 480 modificada. A maioria dos componentes desnecessários foi removida, incluindo o visor eletrônico, o monitor de frequência cardíaca, os ímãs de resistência e a fiação elétrica. A simplicidade do design da Pro-Form 480 permitiu fácil modificação e adição de peças.
Componentes Mecânicos
O sistema de polias internas do Pro-Form 480 foi mantido, pois proporcionava uma relação de transmissão adequada para girar o gerador CC. A energia cinética é transferida em duas etapas:
- O eixo conectado aos pedais da bicicleta gira uma roda de plástico de 23 cm com múltiplas ranhuras ao longo da circunferência. Essas ranhuras fazem contato com uma correia de 1,2 cm de largura e seis ranhuras. Essa correia envolve tanto a roda de 23 cm quanto uma roda de ferro fundido de 3,7 cm com ranhuras idênticas. As rotações por minuto (RPM) são, portanto, transferidas em uma proporção aproximada de 1:5.
- Fixada ao eixo da roda de 1 ¾" está uma roda de ferro fundido de 7 ¾". Ambas compartilham o mesmo eixo e giram na mesma velocidade. Esta roda maior servia originalmente como volante de resistência e a circunferência é revestida com cerca de ¼" de cobre. Uma correia redonda de 3/16" gira uma polia de ¾" conectada ao eixo do gerador, como mostrado na Figura 3. As rotações por minuto (RPM) são transferidas para esta polia numa proporção aproximada de 10:1.
A relação de transmissão geral é, portanto, de cerca de 50:1. Uma relação grande é necessária para atingir as RPMs desejadas do gerador. Uma representação visual dos componentes pode ser vista na Figura 6.
Componentes Elétricos
O gerador utilizado é um motor CC de ímã permanente fabricado pela Currie Technologies, originalmente de uma scooter elétrica. O motor tem potência nominal de 24 V para 2600 RPM e suporta uma carga de até 22 A. No entanto, quando testado como gerador, ele se comportou de forma ligeiramente diferente. Tanto com quanto sem cargas acopladas, o gerador conseguiu fornecer 14 V constantes em velocidades acima de 1800 RPM. A uma velocidade média de pedalada constante de 60 RPM, o gerador teoricamente atingirá 3000 RPM. Em relações de transmissão tão altas, no entanto, espera-se que as perdas por atrito sejam relativamente grandes e nem toda a energia gasta pelo usuário se transforme em energia cinética rotacional no gerador. Espera-se que as RPMs reais de pedalada sejam um pouco menores. Todo o fio usado no circuito elétrico do Pain in the Axle é de 10 g para fornecer a menor resistência possível para alta corrente. O fio e os conectores são isolados para proteger os usuários de altas quantidades de corrente. A Figura 4 apresenta um esquema elétrico deste circuito. A unidade escolhida para regular a tensão é um conversor buck-boost CC/CC fabricado pela PowerStream Technologies. A tensão de saída é regulada em 12 V CC e um potenciômetro interno permite ajustes de 11 a 14 V. O conversor buck-boost aceita tensões de até 30 V CC e possui diversos recursos que beneficiam nosso projeto, incluindo proteção contra polaridade de entrada, queda de tensão e proteção contra curto-circuito. O conversor buck-boost CC/CC se conecta a três plugues CC do tipo cigarro, idênticos aos encontrados em aplicações automotivas. Todos os adaptadores CC são protegidos por fusíveis para a corrente nominal do dispositivo conectado.
Figura 5a: Vista lateral do gerador
Figura 5b: Vista frontal do gerador
Custo
O custo do Pain in the Axle é dividido em três categorias diferentes: custo de projeto, custo de implementação e custo de manutenção.
Custo do projeto
O custo de projeto do Pain in the Axle consiste no número total de horas gastas no projeto e na construção da unidade. A Figura 7 mostra a distribuição do total de horas de projeto: 308 horas.
Custo de implementação
O custo de implementação do projeto Pain in the Axle inclui apenas o custo dos materiais necessários para a construção do display. Toda a mão de obra foi realizada pela Triad Design e a consulta com especialistas foi gratuita. A tabela lista os materiais e seus custos para a Triad Design, bem como o custo de varejo de cada item.
| Material | Quantidade | Nosso Custo | Custo de varejo |
|---|---|---|---|
| Bicicleta ergométrica reclinada Pro-Form 480 | 1 | Doação | $ 299,99 |
| Regulador Buck/Boost | 1 | $ 178,50 | $ 178,50 |
| Televisão | 1 | $ 166,00 | $ 166,99 |
| Gerador de 24 V CC | 1 | $ 20,00 | $ 113,99 |
| Porta-fusível | 1 | $ 2,99 | $ 2,99 |
| Fusíveis de 8 amperes (pacote com 4) | 1 | US$ 1,99 | US$ 1,99 |
| Tomada de energia do carro | 1 | $ 17,99 | $ 17,99 |
| Polia de 3/4" | 1 | $ 3,79 | $ 3,79 |
| Espaçador de Nylon | 1 | $ 0,30 | $ 0,30 |
| Fio de calibre 10 | 14 | $ 4,06 | $ 4,06 |
| Voltímetro DC | 1 | $ 10,89 | $ 10,89 |
| Vários Hardwares | 27 | $ 30,29 | $ 30,29 |
| Custo total | $ 437,69 | $ 831,67 | |
Custo de manutenção
O Pain in the Axle foi projetado para durar muitos anos com pouca manutenção. Uma limpeza semanal dos componentes externos será necessária para remover sujeira e poeira da unidade. Como todos os componentes são protegidos por fusíveis, há pouca chance de que algum componente elétrico precise ser substituído. No entanto, o fusível que protege o regulador de tensão queimará se for conectada uma carga com mais de dez amperes. Portanto, espera-se que os custos de manutenção sejam muito baixos, custando menos de US$ 5 por ano, conforme mostrado na tabela abaixo.
| Item | Tempo (min) | Custo |
|---|---|---|
| Substituição do fusível | 30 | ~$ 0,50/cada |
| Limpeza de componentes externos | 15 | US$ 10,00/hora |
Design de Tríade
Membros da equipe
Greg Pfotenhauer
Merissa Schneider-Coppolino
Hannah Spittler
Referências
Para mais informações visite:
- http://web.archive.org/web/20210214051355/http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html
- TV com pedal CCAT
- http://www.youtube.com/watch?v=Ro0F-g9gTrY
Obrigado
- Bart Orlando [1]
- Lonny Grafman
- Sean Armstrong
- Comunidades Danco
- Marty Reed
- Christian Buesing da Faith Technologies
- John Davis da Solar Hot Water Plus
- CCAT
- Thorin Somers e John Hackett