La cinta de correr Treadmill-a-volt es un dispositivo que convierte la energía cinética humana en energía potencial eléctrica. La energía ejercida para hacer girar una cinta de correr se transfiere a través de un generador a un circuito simple que carga una pequeña batería. La batería puede utilizarse para cargar pequeños dispositivos eléctricos. Este sistema de "dar un voltio-recibir un voltio" demuestra que la energía humana convertida en energía y luego de nuevo en energía no es barata, requiere trabajo, ya sea quemando carbón o corriendo en la cinta de correr. Así que, por favor, echa un vistazo a nuestro diseño e intenta hacer uno tú mismo. Es posible que nunca más necesites ir al gimnasio.
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Veamos cómo funciona esto...
Fondo
Los ingenieros:
Nuestro objetivo es aprovechar la energía cinética humana a través de equipos de gimnasio comunes y convertirla en aplicaciones útiles. Nuestro generador eléctrico accionado por humanos se utiliza para cargar una batería que luego se puede utilizar para cargar pequeños dispositivos electrónicos como teléfonos celulares, iPods, cámaras o computadoras portátiles.
El proyecto es una tarea para ENGR 305 (Tecnología apropiada) en Cal Poly Humboldt , Arcata, CA. Colaboraremos con nuestro cliente, The Humboldt Bay Center for Sustainable Living , que opera el nuevo albergue ecológico Humboldt Bay ubicado en Manila, CA.
El dispositivo estará operativo a finales de semestre para que sea una parte útil y educativa del Eco-Hostel. Esperamos enfatizar que la energía no es barata y que se necesita trabajo para producir electricidad que se utilice para alimentar incluso los dispositivos electrónicos más pequeños de nuestra vida.
Revisión de literatura
Esta es una revisión de la literatura adquirida en las etapas iniciales de nuestra investigación sobre dispositivos impulsados por humanos y un medio para construirlos.
Fundamentos del poder humano
Con el uso de dispositivos mecánicos y eléctricos, la energía humana puede transferirse desde el cuerpo a casi cualquier dispositivo doméstico de tamaño pequeño o mediano. Con la energía humana, los pequeños electrodomésticos de cocina, como licuadoras, procesadores de alimentos y exprimidores, son simples y efectivos para la construcción, pero no se limitan solo a esas ideas. Las cortadoras de césped, las máquinas de coser e incluso la generación de electricidad son todos posibles destinos de la energía que se genera por los humanos. [1]
Preocupaciones de construcción
Nuestro principal obstáculo es un conocimiento limitado de la electricidad y la construcción mecánica. Planeamos basarnos en los logros anteriores de otros, aprendiendo de sus experiencias y agregando las nuestras a la base de conocimientos. La investigación sobre cableado y electricidad básicos será vital para el éxito del proyecto. [2] [3] Otras preocupaciones de construcción involucran el diseño. Queremos aprovechar el máximo potencial que una persona puede producir. Al evaluar los dispositivos de brazo y mano frente a los de pierna y pie, podemos limitar nuestras posibilidades de diseño. [4] Otra preocupación será el costo y el tiempo para completar el proyecto.
Tipos de dispositivos
La mayoría de los dispositivos son mecanismos rotativos accionados por pedal, ya sea conectados directamente a un dispositivo mecánico o a un generador eléctrico, que luego hará funcionar un motor eléctrico o cargará un banco de baterías.
Dispositivos mecánicos
La energía aprovechada se puede mantener como energía mecánica. Este tipo de dispositivo utiliza correas, cadenas o ejes para transportar la energía y las poleas o engranajes pueden cambiar la velocidad, la magnitud y la dirección de una fuerza. [5] [6] La fuerza mecánica se puede aplicar usando un chasquido de la mano con dispositivos como: sacapuntas, exprimidor, taladro o máquina para hacer helados. La potencia del pedal se ha aplicado a dispositivos como licuadoras, [7] bombas, sierras, máquinas de coser e incluso un taladro de dentista. [8]
Dispositivos eléctricos
El dispositivo también podría incorporar un generador y crear electricidad. La electricidad generada se puede utilizar inmediatamente para alimentar aparatos eléctricos como televisores [9] o radios. La energía también se puede almacenar en baterías para alimentar dispositivos en otro momento. [10] [11] Bart Orlando construyó el Convertidor de Energía Humana o HEC, que conectó 14 bicicletas a pedales a una batería y generó poco más de un kilovatio para alimentar escenarios de sonido en festivales. [12] La energía almacenada se puede utilizar para cargar pequeños dispositivos electrónicos portátiles como reproductores de MP3, cámaras, teléfonos celulares y computadoras portátiles. [13] [14] En un proyecto mucho más grande, la energía humana podría usarse para generar suficiente electricidad para alimentar una instalación completa, como la de Hong Kong, [15] Este es un diseño espectacular con un presupuesto excepcional, uno del que podemos aprender, pero no duplicar.
Diseño de materiales interpretativos
Según nuestro cliente Sean Armstrong, director del Centro para la Vida Sostenible de Humboldt Bay, los materiales interpretativos para el gimnasio impulsado por humanos deberían incluir una forma de medir la cantidad de energía creada y almacenada en nuestro dispositivo generador de electricidad. La energía creada debería compararse con el consumo de energía de otros dispositivos comunes, como una computadora, una bombilla o un secador de pelo.
Costos
Cinta de correr de Humboldt Bay
El dispositivo convierte la energía cinética en energía eléctrica para cargar una batería que sirve para cargar pequeños dispositivos electrónicos. El generador fue donado amablemente por Lonny Grafman. Además, un agradecimiento especial a Eco-Groovy Abundance por ofrecer una excelente oferta en la cinta de correr.
| Cantidad | Material | Fuente | Costo ($) | Total ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Cinta de correr Nordic Trak Walk-Fit 5000 | Abundancia ecológica y maravillosa | 30.00 | 30.00 |
| 1 | Batería de gel | Batería interestatal | 28,95 | 28,95 |
| 1 | Soportes de montaje | Ferretería Ace | 10.00 | 10.00 |
| 1 | Rueda de polea del generador | McMaster.car (en línea) | 9.00 | 9.00 |
| 1 | Madera | Basura | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Correa de rueda de polea (cámara de bicicleta antigua) | basura | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Diodo de bloqueo | RadioShack | 2.00 | 2.00 |
| 1 | Regulador de voltaje | RadioShack | 3.00 | 3.00 |
| 1 | Medidor de potencia | Carga portuaria | 4.00 | 4.00 |
| 1 | Componentes del cableado | Hardware Ace | 30.00 | 30.00 |
| 1 | Inversor | Carga portuaria | 29,99 | 29,99 |
| 1 | Envío y manipulación | Transportador | 5.00 | 5.00 |
| Costo total | $151,19 | |||
Criterios
Para ayudarnos con la difícil tarea de tomar decisiones importantes en nuestro proyecto, hemos desarrollado una lista de criterios que tanto nosotros como nuestro cliente consideramos importantes. Cada criterio tiene limitaciones y un peso de importancia determinado (1 es el menos importante y 10 el más importante). La siguiente lista es para ambos dispositivos.
| Criterios | Restricción | Peso |
|---|---|---|
| Tamaño | El dispositivo debe caber en un área de 4' x 6' | 3 |
| Funcionalidad | El dispositivo debe ser útil para los huéspedes del albergue y adaptarse a todas las edades. | 10 |
| Educativo | Los huéspedes del albergue deberían experimentar algún valor educativo. | 6 |
| Mantenibilidad | El dispositivo no debería requerir mantenimiento técnico | 6 |
| Estético | El dispositivo debe verse divertido y atractivo. | 7 |
| Ruido | La operación no debe ser intolerable para los huéspedes del albergue. | 3 |
| Integridad estructural | Se deben esperar 2-3 años de funcionamiento. | 8 |
| Es hora de construir | Los dispositivos deben estar completamente construidos y funcionando en 1 semestre y posiblemente algo de tiempo adicional. | 9 |
| Número de dispositivos | Los dispositivos construidos deben cumplir todos los criterios. | 1 |
| Versatilidad | Debería poder proporcionar energía a varios dispositivos más pequeños. | 5 |
| Costo | El dispositivo no debe exceder los $150 (costo/beneficio excede) | 7 |
Cronología propuesta
| Semana | Tarea |
|---|---|
| 1 | Decidir sobre el proyecto |
| 2 | Investigue, inicie la página de Appropedia y conozca a Sean Armstrong |
| 3 | Búsqueda de equipos |
| 4 | Búsqueda de equipos |
| 5 | Añadir lista de criterios a Appropedia |
| 6 | Agregue la línea de tiempo propuesta a Appropedia y conozca a Sean Armstrong |
| 7 | Pruebe la salida del motor, determine la velocidad de la correa y la relación de transmisión y pruebe las baterías. |
| 8 | Busque una rueda de polea del tamaño adecuado y, posiblemente, busque una batería. |
| 9 | Armar el conjunto de montaje del motor, buscar inversor, regulador de carga. |
| 10 | Ensamblar componentes eléctricos |
| 11 | Dispositivo de prueba |
| 12 | Proyecto pendiente |
Partes de la cinta de correr Treadmill-a-volt
Vea algunas de las piezas básicas utilizadas en la construcción de este dispositivo.
Cinta de correr básica con consola de visualización que no funciona. Estructuralmente sólida y en buenas condiciones.
Motor eléctrico/dinamo de 24 V, 2600 RPM, 22 A y 350 W de salida.
Batería de gel interestatal.
Inversor de 400 vatios.
Multímetro.
Algunos de los componentes eléctricos utilizados: diodo, regulador de voltaje, conectores, fusibles y cable calibre 10.
Vista frontal. Generador a la izquierda, componentes eléctricos en el centro, batería a la derecha.
Console containing multimeter on the left to measure the Volts generated during exercise and inverter to plug electrical devices into.
The complete design. The image does not show the interpretive portion of the project soon to come.
Conclusion
The idea, design, construction, and testing of the treadmill-a-volt was a great learning experience that had its challenges and rewards. Some of the challenges we had were finding an appropriate piece of gym equipment that would meet our objectives. We kept an open mind as we searched the county and beyond for affordable equipment.Flexibility from any preconceived ideas is an important aspect to the designing phase.What works on paper doesn't necessarily translate well in reality. Our original idea to attach a gear, "the power sled", to the transmission actually provided to many RPMs to the generator. Its efficiency would have converted our exercise machine into a relaxation machine as the generator only required a very slow walking pace on the belt.This is not to say that pre-design on paper is not important. Its application with sketches, diagrams, models, and prototypes bring out problems and ideas that you may not have thought about. These extra steps can save time and money on parts and labor.We wanted to offset the use of new products such as the battery, inverter, and multimeter by using as much recyclable parts as possible. This led us to the tire tube drive belt. Many different things were used before we were satisfied with the rubber.The simplification of the electronics was also important to us. We wanted to create an effective circuit without spending a lot on parts.All in all this was a successful project. We hope that The Eco-Hostel in Manila appreciates it as much as we do, and that it educates and inspires all who use it.
Next Step
We have a whole host of ideas that others can take and run with.
- Include an educational panel can be constructed to illustrate how it works and highlight some of the basic concepts included in the design.
- Mount the electrical components onto a dedicated circuit board. Basic soldering and some time could enhance the aesthetics of the circuit box.
- Add a toggle switch to engage and disengage the battery from the system. At the moment a manual disconnection of the fuse, eliminates the battery from the system which directs power directly to the inverter.
- Construct or purchase a more robust drive belt.
- Mount an iPod and beverage holder to console.
- Extra ambitious people may want to look into the idea of using the power sled and working in a de-railer system to shift gears and drive the belt at different speeds.
References
- ↑ Dean, Tamara.2008. The Human Powered Home, choosing muscle over motors. Gabriola Canada. New Society Publishers.
- ↑ Shelden, J, Linda. 1977. Basic Home Wiring, illustrated. Menlo Park California. Sunset Books and Magazines.
- ↑ Jones, Calvin. 2005. Gran libro azul de reparación de bicicletas. Saint Paul, Minnesota. Park Tool Company.
- ↑ Dean, Tamara. El hogar impulsado por humanos: la elección de los músculos en lugar de los motores. New Society Publishers, 2008.
- ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Gear
- ↑ Walton, Harry. Cómo y por qué de los movimientos mecánicos. Nueva York, NY: Popular Science Pub. Co., 1968.
- ↑ Licuadora de bicicletas de salud pública
- ↑ Dean, Tamara. El hogar impulsado por humanos: la elección de los músculos en lugar de los motores. New Society Publishers, 2008.
- ↑ Samoa Hostel Dolor en el eje
- ↑ Generador de energía para bicicletas WaterPod
- ↑ Tour de voltios del WaterPod
- ↑ Dean, Tamara. El hogar impulsado por humanos: la elección de los músculos en lugar de los motores. New Society Publishers, 2008
- ^ http://web.archive.org/web/20210214051355/http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html
- ↑ Thad Starner, Joseph A. Paradiso. Energía generada por el hombre para dispositivos electrónicos móviles. Atlanta: Georgia Tech, 13 de febrero de 2011.
- ↑ Levesque, Tylene. 2007. Gimnasios impulsados por humanos en Hong Kong. http://inhabitat.com/human-powered-gyms-in-hong-kong/ .