Tapis de course Treadmill-a-volt alimenté par un chargeur

Le Treadmill-a-volt est un appareil qui convertit l'énergie cinétique humaine en énergie potentielle électrique. L'énergie exercée pour faire tourner une courroie sur le tapis roulant est transférée via un générateur dans un circuit simple qui charge une petite batterie. La batterie peut ensuite être utilisée pour charger de petits appareils électriques. Ce système « donner un volt, prendre un volt » démontre que la puissance humaine convertie en énergie puis en puissance n'est pas bon marché, cela demande du travail, que ce soit en brûlant du charbon ou en courant sur le tapis roulant. Alors, jetez un œil à notre conception et essayez d'en fabriquer une vous-même. Vous n'aurez peut-être plus jamais besoin d'aller à la salle de sport.
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Découvrez comment cela fonctionne...
Arrière-plan
Les ingénieurs :
Notre objectif est d'exploiter l'énergie cinétique humaine à travers des équipements de gymnastique courants et de la convertir en applications utiles. Notre générateur électrique à propulsion humaine est utilisé pour charger une batterie qui peut ensuite être utilisée pour charger de petits appareils électroniques tels que des téléphones portables, des iPods, des appareils photo ou des ordinateurs portables.
Le projet est une mission pour ENGR 305 (technologie appropriée) à Cal Poly Humboldt , Arcata, Californie. Nous travaillerons en collaboration avec notre client, le Humboldt Bay Center for Sustainable Living , qui exploite le nouveau Humboldt Bay Eco-Hostel situé à Manille, en Californie.
L'appareil sera opérationnel à la fin du semestre afin de pouvoir être un élément utile et éducatif de l'Eco-Hostel. Nous espérons souligner que l'énergie n'est pas bon marché et qu'il faut du travail pour produire l'électricité nécessaire pour alimenter même les plus petits appareils électroniques de notre vie.
Revue de littérature
Il s’agit d’une revue de la littérature acquise au début de nos recherches sur les dispositifs à propulsion humaine et sur les moyens de les construire.
Les bases de la puissance humaine
Grâce à l'utilisation d'appareils mécaniques/électriques, l'énergie humaine peut être transférée du corps vers presque tous les appareils ménagers de petite ou moyenne taille. Grâce à la puissance humaine, les petits appareils de cuisine tels que les mixeurs, les robots culinaires et les centrifugeuses sont simples et efficaces pour la construction, mais ne se limitent pas à ces idées. Les tondeuses à gazon, les machines à coudre et même la production d'électricité sont toutes des destinations possibles de l'énergie générée par les humains. [1]
Problèmes de construction
Notre principal obstacle est notre connaissance limitée de l'électricité et de la construction mécanique. Nous prévoyons de nous appuyer sur les réalisations passées des autres, en tirant les leçons de leurs expériences et en ajoutant les nôtres à la base de connaissances. La recherche sur le câblage et l'électricité de base sera essentielle à la réussite du projet. [2] [3] D'autres préoccupations en matière de construction concernent la conception. Nous voulons exploiter le potentiel maximal qu'une personne peut produire. En évaluant les dispositifs pour les bras et les mains par rapport aux dispositifs pour les jambes et les pieds, nous pouvons affiner nos possibilités de conception. [4] Une autre préoccupation concernera le coût et le temps nécessaires pour terminer le projet.
Types d'appareils
La plupart des appareils sont des mécanismes rotatifs à pédale, soit fixés directement à un dispositif mécanique, soit connectés à un générateur électrique, qui fera ensuite fonctionner un moteur électrique ou chargera une batterie.
Dispositifs mécaniques
L'énergie captée peut être conservée sous forme d'énergie mécanique. Ce type d'appareil utilise des courroies, des chaînes ou des arbres pour transporter l'énergie et des poulies ou des engrenages peuvent modifier la vitesse, l'amplitude et la direction d'une force. [5] [6] La force mécanique peut être appliquée à l'aide d'un coup de main avec des appareils tels que ; un taille-crayon, un presse-agrumes, une perceuse ou une sorbetière. La puissance de la pédale a été appliquée à des appareils tels que des mixeurs, [7] des pompes, des scies, des machines à coudre, voire une fraise de dentiste. [8]
Appareils électriques
L'appareil pourrait également intégrer un générateur et créer de l'électricité. L'électricité générée peut être utilisée immédiatement pour alimenter des appareils électriques tels que des téléviseurs [9] ou des radios. L'énergie peut également être stockée dans des batteries pour alimenter des appareils à un autre moment. [10] [11] Bart Orlando a construit le Human Energy Converter ou HEC qui connectait 14 vélos à pédales à une batterie et générait un peu plus d'un kilowatt pour alimenter les scènes sonores des festivals. [12] L'énergie stockée peut être utilisée pour charger de petits appareils électroniques portables tels que des lecteurs MP3, des appareils photo, des téléphones portables et des ordinateurs portables. [13] [14] Dans un projet beaucoup plus vaste, la force humaine pourrait être utilisée pour générer suffisamment d'électricité pour alimenter une installation entière, comme celle de Hong Kong, [15]. Il s'agit d'une conception spectaculaire avec un budget exceptionnel, dont nous pouvons nous inspirer, mais pas la dupliquer.
Concevoir des supports d'interprétation
Selon notre client Sean Armstrong, directeur du Humboldt Bay Center for Sustainable Living, les documents d'interprétation pour la salle de sport à propulsion humaine devraient inclure un moyen de mesurer la quantité d'énergie créée et stockée dans notre appareil générateur d'électricité. L'énergie créée devrait être comparée à la consommation d'énergie d'autres appareils courants tels qu'un ordinateur, une ampoule électrique ou un sèche-cheveux.
Frais
Tapis roulant Humboldt Bay-a-Volt
L'appareil convertit l'énergie cinétique en énergie électrique pour charger une batterie qui permet de recharger de petits appareils électroniques. Le générateur a été gracieusement offert par Lonny Grafman. De plus, un merci spécial à Eco-Groovy Abundance pour avoir proposé une offre exceptionnelle sur le tapis roulant.
Quantité | Matériel | Source | Coût ($) | Total ($) |
---|---|---|---|---|
1 | Tapis de course Nordic Trak Walk-Fit 5000 | Abondance éco-groovy | 30,00 | 30,00 |
1 | Batterie à cellules gel | Batterie inter-États | 28,95 | 28,95 |
1 | Supports de montage | Quincaillerie Ace | 10,00 | 10,00 |
1 | Poulie de générateur | McMaster.car (en ligne) | 9,00 | 9,00 |
1 | Bois | Poubelle | 0,00 | 0,00 |
1 | Poulie à courroie (ancienne chambre à air de vélo) | poubelle | 0,00 | 0,00 |
1 | Diode de blocage | RadioShack | 2,00 | 2,00 |
1 | Régulateur de tension | RadioShack | 3,00 | 3,00 |
1 | Compteur de puissance | Fret portuaire | 4,00 | 4,00 |
1 | Composants de câblage | Quincaillerie Ace | 30,00 | 30,00 |
1 | Onduleur | Fret portuaire | 29,99 | 29,99 |
1 | Frais de port et de manutention | Transporteur | 5,00 | 5,00 |
Coût total | 151,19 $ |
Critères
Pour nous aider dans la tâche difficile de prendre des décisions importantes pour notre projet, nous avons élaboré une liste de critères que nous et notre client considérons comme importants. Chaque critère est assorti de contraintes et d'un poids d'importance donné (1 étant le moins important et 10 le plus important). Ce qui suit concerne les deux appareils.
Critères | Contrainte | Poids |
---|---|---|
Taille | L'appareil doit s'adapter à une zone de 4' x 6' | 3 |
Fonctionnalité | L'appareil doit être utile aux clients de l'auberge, s'adaptant à tous les âges | 10 |
Pédagogique | Les clients de l'auberge devraient bénéficier d'une certaine valeur éducative | 6 |
Maintenabilité | L'appareil ne devrait pas nécessiter de maintenance technique | 6 |
Esthétique | L'appareil doit avoir une apparence amusante et attrayante | 7 |
Bruit | Le fonctionnement ne doit pas être intolérable pour les clients de l'auberge | 3 |
Intégrité structurelle | Il faut compter 2 à 3 ans de fonctionnement | 8 |
Il est temps de construire | Les appareils devraient être entièrement construits et opérationnels dans un délai d'un semestre et éventuellement d'un peu plus de temps | 9 |
Nombre d'appareils | Les appareils construits doivent répondre à tous les critères | 1 |
Versatilité | Devrait être capable de fournir de l'énergie à plusieurs petits appareils | 5 |
Coût | L'appareil ne doit pas dépasser 150 $ (coût/bénéfice supérieur) | 7 |
Calendrier proposé
Semaine | Tâche |
---|---|
1 | Décider du projet |
2 | Recherchez, démarrez la page Appropedia et rencontrez Sean Armstrong |
3 | Recherche d'équipement |
4 | Recherche d'équipement |
5 | Ajouter une liste de critères à Appropedia |
6 | Ajoutez le calendrier proposé à Appropedia et rencontrez Sean Armstrong |
7 | Testez la sortie du moteur, déterminez la vitesse de la courroie et le rapport de démultiplication et testez les batteries |
8 | Recherchez une poulie de taille appropriée et recherchez éventuellement une batterie |
9 | Construire un ensemble de support moteur, rechercher un onduleur, un régulateur de charge |
10 | Assembler des composants électriques |
11 | Appareil de test |
12 | Projet à rendre |
Pièces du tapis roulant-a-volt
Découvrez quelques-unes des pièces de base utilisées dans la construction de cet appareil.
Tapis roulant de base avec console d'affichage non fonctionnelle. Structure générale solide et en bon état.
Moteur électrique/dynamo Currie Technologies Inc. 24 V, 2 600 tr/min, 22 A, sortie 350 W.
Batterie à cellules gel inter-États.
Onduleur 400 watts.
Multimètre.
Certains des composants électriques utilisés. Diode, régulateur de tension, connecteurs, fusibles et fil de calibre 10.
Vue de face. Générateur à gauche, composants électriques au centre, batterie à droite.
Console contenant un multimètre à gauche pour mesurer les Volts générés pendant l'exercice et un onduleur pour brancher les appareils électriques.
La conception complète. L'image ne montre pas la partie interprétative du projet à venir.
Conclusion
L'idée, la conception, la construction et les tests du tapis roulant à volt ont été une formidable expérience d'apprentissage qui a eu ses défis et ses récompenses. L'un des défis que nous avons rencontrés consistait à trouver un équipement de gymnastique approprié qui répondrait à nos objectifs. Nous avons gardé l'esprit ouvert pendant que nous recherchions dans le comté et au-delà des équipements abordables. La flexibilité par rapport à toute idée préconçue est un aspect important de la phase de conception. Ce qui fonctionne sur le papier ne se traduit pas nécessairement bien dans la réalité. Notre idée originale de fixer un engrenage, "le traîneau électrique", à la transmission a en fait fourni de nombreux tours par minute au générateur. Son efficacité aurait transformé notre machine d'exercice en machine de relaxation car le générateur ne nécessitait qu'un rythme de marche très lent sur la ceinture. Cela ne veut pas dire que la préconception sur papier n'est pas importante. Son application avec des croquis, des diagrammes, des modèles et des prototypes fait ressortir des problèmes et des idées auxquels vous n'avez peut-être pas pensé. Ces étapes supplémentaires peuvent permettre d'économiser du temps et de l'argent sur les pièces et la main-d'œuvre. Nous voulions compenser l'utilisation de nouveaux produits tels que la batterie, l'onduleur et le multimètre en utilisant autant de pièces recyclables que possible. Cela nous a conduit à la courroie d'entraînement de la chambre à air. De nombreux éléments différents ont été utilisés avant que nous soyons satisfaits du caoutchouc. La simplification de l'électronique était également importante pour nous. Nous voulions créer un circuit efficace sans dépenser beaucoup d'argent en pièces détachées. Dans l'ensemble, ce fut un projet réussi. Nous espérons que l'Eco-Hostel de Manille l'appréciera autant que nous et qu'il éduquera et inspirera tous ceux qui l'utilisent.
Étape suivante
Nous avons toute une série d’idées que d’autres peuvent reprendre et exploiter.
- Un panneau éducatif peut être construit pour illustrer son fonctionnement et mettre en évidence certains des concepts de base inclus dans la conception.
- Montez les composants électriques sur un circuit imprimé dédié. Une soudure de base et un peu de temps pourraient améliorer l'esthétique du boîtier de circuit.
- Ajoutez un interrupteur à bascule pour engager et désengager la batterie du système. À l'heure actuelle, une déconnexion manuelle du fusible élimine la batterie du système qui dirige l'alimentation directement vers l'onduleur.
- Construisez ou achetez une courroie de transmission plus robuste.
- Montez un iPod et un porte-boissons sur la console.
- Les personnes particulièrement ambitieuses pourraient vouloir étudier l'idée d'utiliser le traîneau motorisé et de travailler dans un système de dérailleur pour changer de vitesse et entraîner la courroie à différentes vitesses.
Références
- ↑ Dean, Tamara.2008. La maison à propulsion humaine, choisir les muscles plutôt que les moteurs. Gabriola Canada. New Society Publishers.
- ↑ Shelden, J, Linda. 1977. Basic Home Wiring, illustré. Menlo Park, Californie. Sunset Books and Magazines.
- ↑ Jones, Calvin. 2005. Grand livre bleu de la réparation de vélos. Saint Paul MN. Park Tool Company.
- ↑ Dean, Tamara. La maison à propulsion humaine ; choisir les muscles plutôt que les moteurs. New Society Publishers, 2008.
- ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Gear
- ↑ Walton, Harry. Comment et pourquoi des mouvements mécaniques. New York, NY : Popular Science Pub. Co., 1968.
- ↑ Mélangeur à vélo de santé publique
- ↑ Dean, Tamara. La maison à propulsion humaine ; choisir les muscles plutôt que les moteurs. New Society Publishers, 2008.
- ↑ Auberge de jeunesse de Samoa : douleur à l'essieu
- ↑ Générateur d'énergie pour vélo WaterPod
- ↑ WaterPod Tour de Volts
- ↑ Dean, Tamara. La maison à propulsion humaine ; choisir les muscles plutôt que les moteurs. New Society Publishers, 2008
- ^ http://web.archive.org/web/20210214051355/http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html
- ↑ Thad Starner, Joseph A. Paradiso. Énergie générée par l'homme pour l'électronique mobile. Atlanta : Georgia Tech, 2 13, 2011.
- ↑ Levesque, Tylene. 2007. Gymnases à propulsion humaine à Hong Kong. http://inhabitat.com/human-powered-gyms-in-hong-kong/ .