Electrotenis


Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
Área de participación: Ciencias de la ingeniería

Asesor: Marisa Calle Monroy.

Miembros del equipo:
Saúl Enrique Gutíerrez Rodríguez(), Xcaret,
Lizbeth Osorio Benavides(), Xcaret,
Valeria Olmedo López(), Xcaret,

Resumen

La energía desaprovechada al hacer ejercicio puede tener muchos usos que desconocemos. Una forma de aprovecharla es transformando la energía mecánica que genera nuestro cuerpo. El propósito de este proyecto es conseguir este tipo de energía alterna por medio de unos tenis que las personas puedan usar en su vida cotidiana al hacer ejercicio. Para poder elaborar este dispositivo para transformar la energía necesitamos: unos tenis con suela de aire, un mini generador triboeléctrico, 10 cm de alambre de cobre y una pila recargable. El primer paso es conectar las terminales del generador triboeléctrico a los polos de la pila con cinta de aislar. En los tenis debemos hacer un orificio aproximadamente de 5 x 4 cm, dependiendo del tamaño del generador. Finalmente sellamos el orificio. Obtuvimos un dispositivo que cumple con el objetivo de transformar la energía mecánica en energía eléctrica, pudiendo almacenarla en una batería para su posterior uso. El precio del dispositivo armado fue de $45.78 pesos, por lo que concluimos que es barato y accesible. La palanca que está en la suela es la que mantiene contacto con el suelo produciendo movimiento que hace que el generador funciona. Sin embargo, el espacio de la suela no es lo suficientemente grande para que el generador se mueva adecuadamente, pero nos dimos cuenta de que podríamos aplicar este procedimiento a unos zapatos con plataforma, los cuales contendrán mas espacio para así poder obtener una nueva alternativa de energía.

Pregunta de Investigación

¿Cómo adaptar un generador eléctrico a unos tenis para transformar energía mecánica a energía eléctrica?

Planteamiento del Problema

La energía mecánica se produce cuando una fuente de energía se gasta para crear el movimiento físico de un objeto. En el caso de un ser humano, el cuerpo quema nutrientes de los alimentos, que se utilizan para realizar trabajos como pedalear en la bicicleta. La energía producida al hacer ejercicio es desaprovechada, sin saber, los muchos usos que podemos darle. Las personas, por lo general, desconocen que este tipo de energía puede ser útil para transformarse en energía eléctrica, formando una fuente viable de electricidad.

El mal uso de energía se ha convertido en un problema sobresaliente y muy común debido al alto numero de aparatos eléctricos de los que dependemos. Existen diversas fuentes de energía, tales como la solar, eólica e hidráulica, las cuales por la situación climatológica no se pueden efectuar en algunas regiones de manera correcta. Debido a estos problemas se ha empezado a aprovechar la energía mecánica.

Además de que la obesidad hoy en día es un problema que vemos a diario, principalmente en México. Esto causa enfermedades al corazón, al hígado y a otros órganos vitales. Aparte de que las nuevas tecnologías hacen que las personas permanezcan en sus casas a utilizarlas en lugar de ejercitarse.

Antecedentes

Un nuevo generador convierte el movimiento humano en electricidad

Las energías renovables están dando cada vez un paso más firme y definido dentro de nuestra sociedad. La necesidad de encontrar energías limpias que vayan sustituyendo poco a poco a los combustibles fósiles es prioritaria, tanto porque estos recursos no son infinitos como por mimar (y no marchitar) el planeta en el que vivimos mediante el uso de “tecnologías verdes”. Existen muchas iniciativas dedicadas a la explotación de energías limpias y, de hecho, su crecimiento está siendo exponencial en países como Asia o China, al mismo tiempo que Europa o EEUU también apuestan fuerte por ellas.

Buen ejemplo de ellos son las iniciativas enfocadas en aprovechar el movimiento humano para convertirlo en energía. Sin ir más lejos, el laboratorio de Bioingeniería de Auckland (Nueva Zelanda) diseñó una una serie de finísimos generadores eléctricos que podían aprovechar la energía del movimiento (como puede ser la que realizamos al correr o caminar), para cargar dispositivos como el móvil.

Ahora, un nuevo estudio llevado a cabo por investigadores chinos del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Pekín, liderados por Zhong Lin Wang, y publicado en la revista Nature Communications, presenta un innovador generador de pequeño tamaño que convierte el movimiento en electricidad gracias a la fricción.

Lo interesante y particular de este invento es que es capaz de convertir no solo un pequeño movimiento del cuerpo en energía eléctrica, sino también una brisa suave, ondas de sonido, vibraciones naturales, las olas o una corriente de agua de un grifo; cualquier movimiento ambiental es susceptible de convertirse en electricidad gracias al generador triboeléctrico rotatorio.

“El efecto triboeléctrico es una electrificación inducida por contacto. Un material se carga eléctricamente después de entrar en contacto con otro material distinto a través de la fricción. Este efecto origina la electrostática cotidiana”, afirma Lin Wang.

Según los autores, el dispositivo consigue una eficiencia del 24% y gracias a su pequeño tamaño y peso, podría ser ubicado en cualquier espacio. El coste de fabricación también es bajo, por lo que lo hace un buen candidato para convertirse en producto de fabricación masiva.

 

Generador triboeléctrico para producir electricidad aprovechable a partir de fricción

Se ha desarrollado un sistema que permite el aprovechamiento práctico de la carga eléctrica producida cuando dos tipos diferentes de materiales plásticos se frotan uno contra el otro.

Basado en materiales poliméricos flexibles, este generador triboeléctrico podría producir corriente alterna a partir de actividades como por ejemplo caminar.

El generador triboeléctrico podría complementar la electricidad producida por los nanogeneradores que usan el efecto piezoeléctrico para generar corriente a partir de la flexión de nanocables de óxido de cinc.

Además, como estos generadores triboeléctricos pueden ser fabricados de un modo que les haga casi transparentes, podrían ofrecer una nueva forma de producir sensores activos potencialmente capaces de reemplazar la tecnología usada hoy en día para las pantallas táctiles.

Es bien conocido el hecho de que se puede producir una carga eléctrica sobre la base del principio físico descrito. La innovación que ha introducido el equipo de Zhong Lin Wang, del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech) en Atlanta, Estados Unidos, es una técnica que la permite crear una corriente eléctrica, posibilitando que la carga eléctrica sea usada. Este generador puede convertir la energía mecánica del entorno en energía eléctrica.

 

Energía cinética: crear electricidad con nuestro movimiento

Más allá de los relojes de pulsera, existen contados dispositivos que usen únicamente energía cinética para operar. Almacenar energía cinética no es el modo más eficiente de generar electricidad, pero sí la manera más adecuada de aprovechar toda la energía que generamos para recargar los dispositivos que usamos cotidianamente: teléfono móvil, ordenador portátil, ordenador de sobremesa, equipos electrónicos, electrodomésticos, etc.

La energía cinética es desaprovechada por la industria tecnológica, que se ha esforzado en los últimos años en aumentar la duración y fiabilidad de baterías convencionales, cuyos últimos modelos de ion de litio equipan dispositivos informáticos y electrónicos, e incluso coches eléctricos.

 

Por qué la energía cinética que genero se disipa en forma de calor

Al vivir en una zona urbana muy densa donde predominan las zonas peatonales y los establecimientos de proximidad, raramente usamos el transporte público para desplazarnos, sino que nos movemos a pie. Todos estos desplazamientos producen energía, que se disipa, sobre todo en forma de calor.

¿Por qué la energía cinética que genero se disipa en forma de calor? Quizá haya que culpar a las industrias informática y electrónica, que no han conseguido comercializar con éxito hasta la fecha aparatos que se recarguen (o que siempre estén recargados y que no precisen siquiera de baterías convencionales) gracias a la conversión de nuestro movimiento o el movimiento generado por nuestras acciones en electricidad.

Nuestro movimiento es energía… no aprovechada

Mientras corría el otro día, pensaba en el uso de unas zapatillas deportivas que almacenaran energía a cada paso, además de una camiseta y unas mallas capaces de hacer lo propio. Esta energía podría servir para recargar el reproductor musical que llevo mientras corro, o incluso podría almacenarse en un aparato igualmente compacto y lo suficientemente liviano como para poder ser portado sin esfuerzo en un brazalete o bolsillo.

Puestos a soñar, este mismo aparato podría luego alargar la autonomía de mi móvil o portátil, por ejemplo. Desgraciadamente, esta aplicación cotidiana de la energía cinética almacenada y convertida en electricidad es una visión de futuro.

Existen varias formas de energía, como la química, la generada por el calor, la radiación electromagnética, la energía nuclear, la gravitacional, la energía eléctrica, la elástica, etc. Todas estas formas pueden ser agrupadas en torno a dos grupos, la energía potencial (la capacidad de algunos cuerpos para generar un trabajo) y la energía cinética (del griego “kinesis”, movimiento), que aparece con el movimiento. Cuando se unen energía potencial y cinética en un cuerpo en movimiento, nace la energía mecánica, que podemos almacenar y reutilizar.

Aunque los estudios de salud de los últimos años muestran un aumento del sedentarismo, especialmente entre los más pequeños, seguimos realizando esfuerzo cotidiano al que no prestamos importancia.

 

¿Una batería cinética por niño?

Un modo de sacar partido a toda la energía generada durante cualquier actividad, la mayoría de la cual se disipa en forma de calor y nunca es utilizada, consistiría en usar cargadores de energía cinética, o dispositivos que funcionaran como relojes de funcionamiento perpetuo, empleando nuestra actividad física como método de recarga.

Pero esta visión tiene todavía importantes escollos que resolver. One Laptop Per Child (OLPC), responsable del desarrollo y comercialización del ordenador para niños de países pobres, el XO-1, es una de las organizaciones que han mostrado más interés en desarrollar una batería propulsada con energía cinética de los niños.

Según OLPC, si bien la tecnología cinética es de sobras conocida, una batería de este tipo no sería lo suficientemente pequeña como para integrarse en los futuros modelos del ordenador que desarrollan.

Otro reto sería el convertir un movimiento cambiante y no consistente en electricidad. Un niño jugando o yendo a la escuela puede caminar, pararse, correr, saltar, arrastrarse; distintas intensidades de energía cinética.

La wiki de OLPC menciona las intensivas investigaciones realizadas por DARPA, agencia tecnológica dependiente del departamento de Defensa de Estados Unidos, en el campo de los pequeños dispositivos que crean electricidad a partir del movimiento simple, como el generado por una mano o por el caminar.

Según OLPC, el dispositivo de carga empleado para las linternas mecánicas Faraday produce electricidad a través de un simple meneo, y es tecnológicamente tan simple como barato. Podría ser modificado para generar electricidad con cualquier movimiento perceptible, especialmente caminar.

Las linternas mecánicas ya eran usadas en la II Guerra Mundial, cuando la recarga de equipamiento de mano era intermitente y poco fiable, por no decir inviable.

Ya entonces, se desarrollaron distintos métodos para generar la potencia necesaria para mantener una iluminación constante: apretar un mango, mover una manivela o agitando el dispositivo. Pese al conocimiento de estas técnicas durante décadas, su aplicación comercial ha sido siempre minoritaria.

 

Generar energía mientras se camina

En la misma categoría de dispositivos, existen pequeñas mochilas que capturan el movimiento vertical generado mientras se camina o corre y lo convierten en electricidad. IBM publicó ya hace una década abundante documentación sobre esta familia de dispositivos, en la que se concluye que el movimiento generado por las piernas es el más adecuado para la captura de energía. Estos estudios han despertado poco interés comercial hasta el momento.

La revista TIME incluyó en su artículo sobre los mejores inventos de 2008, en la posición 33, un “recolector de energía biomecánica”, una invención de Max Donelan, especialista en cinética de la Universidad Simon Fraser. El dispositivo se ata alrededor de la rodilla y “recupera” hasta 5 vatios con la mera potencia del frenado de la pierna mientras se camina.

Un suelo que convierte nuestros pasos en energía

Además de los generadores eléctricos personales que, como el nPower de Tremont Electric, recargan cualquier dispositivo propulsados con simple movimiento, también es posible instalar un mecanismo cinético sobre una superficie concurrida y así convertir los pasos de la gente (o el ganado) caminando sobre su superficie en energía eléctrica.

Ya en 2006, un grupo de ingenieros británicos decidió recoger las vibraciones de la calle con un prototipo que se instalaba al mismo nivel que la superficie. El mecanismo ideado es capaz de convertir en electricidad las vibraciones generadas por los pasos de la gente, que es usada posteriormente para suplir la iluminación callejera más próxima. La iniciativa fue bautizada como Pacesetters Project e impulsada por la firma británica The Facility Architects, que sigue trabajando en lo que llama “recolección de energía”.

Ahora, la también británica Pavegen ha logrado una cierta repercusión con la instalación de una losa en East London que recolecta energía cinética de los viandantes. Pavegen asegura que cada pequeña estación puede generar hasta 2,1 vatios por hora con la despistada y aleatoria del anónimo peatón.

Con la instalación de 5 unidades de estas losas recolectoras de energía cinética en una calle concurrida, la startup Pavegen asegura que se genera la energía suficiente para iluminar una parada de autobús durante toda una noche.

 

Nosotros, una fuente energética desaprovechada

La energía cinética generada por cualquier cuerpo en movimiento podría ser recolectada y convertida en electricidad mediante técnicas ya conocidas. Hasta el momento, los centros de investigación de todo el mundo se han centrado más en el perfeccionamiento de baterías, cada vez más pequeñas y con mayor duración, en detrimento de tecnologías que evitarían la dependencia de los propios dispositivos de una fuente de alimentación externa.

No obstante, una mayor concienciación de los usuarios y la mejora del equipamiento relacionado con deportes de aventura lideran un cambio cada vez más perceptible en el que destacan los aparatos y cargadores cinéticos, además de los solares. Mientras tanto, sigo teniendo un sueño: convertir cada una de mis acciones, por pequeñas que sean, en electricidad.

¿Como convertir enenrgía mecánica en energía eléctrica?

La energía mecánica se produce cuando una fuente de energía se gasta para crear el movimiento físico de un objeto. En el caso de un ser humano, el cuerpo quema nutrientes de los alimentos, que se utilizan para realizar trabajos como pedalear en una bicicleta. En este caso, los productos químicos de los nutrientes se convierten en la fuerza física y mecánica para propulsar la bicicleta. La energía mecánica se puede convertir en energía eléctrica a través de algún tipo de generador donde los imanes y las bobinas convierten el movimiento en Fuerza Electro Motiva (siglas inglesas EMF), que generalmente se mide en voltios.

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:

  • Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.
  • Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamentos.

Generadores primarios

Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía eléctrica  y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.

En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar una turbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética, obtener una corriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos actuales.

Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:

* Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.

* Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.

El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal.

En la figura se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en:

E = I×(Rc+Ri)

Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.

Fuerza electromotriz de un generador

Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon , y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.

La F.E.M.  y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

 

Alternadores

Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.

Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa.

Un alternador de corriente alterna funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía. En el mundo se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz (Europa,.. ) o 60 Hz (Brasil, Estados Unidos, …), es decir, que cambia su polaridad 50 o 60 veces por segundo.

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor (no confundir con inductor o bobina, pues en la figura las bobinas actúan como inducido), que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Inductor

El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.

Para tener en cuenta son los inductores(inducido-inductor), básicamente es metal que se pone entre medio de el hilo de cobre o imán, para que tenga más atracción magnética, también es importante que el metal inducido debe estar envuelto en cinta de papel y recién el hilo de cobre en el,(no tiene que tener contacto del cobre con el inductor, sino no funciona) y no hace falta que el inducido este conectado con los otros, solo tiene que cumplir la función de aumentar la atracción magnética, estando en el medio del cobre, bobina, sin contacto con el.

Inducido

El inducido o estator es donde se encuentran unos cuantos pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en torno a un núcleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente hierro dulce.

La rotación del inductor hace que su campo magnético, formado por imanes fijos, se haga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en él una corriente alterna que se recoge en los terminales de la máquina.

Aplicación

La principal aplicación del alternador es la de generar energía eléctrica de corriente alterna para entregar a la red eléctrica, aunque también, desde la invención de los rectificadores de silicio, son la principal fuente de energía eléctrica en todo tipo de vehículos como automóviles, aviones, barcos y trenes, desplazando a la dinamo por ser más eficiente y económico.

El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será:

Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una fuerza electromotriz (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,

El signo menos delante de E expresa que, según la ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera.

Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotriz total (ETOT) es igual a:

Siendo n el número total de espiras del inducido.

La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales de la máquina se obtiene multiplicando la velocidad de rotación (número de vueltas por segundo) del inductor por el número de pares de polos del inducido.

Motores (transformación de energía eléctrica a mecánica)

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Objetivo

Adaptar un generador eléctrico para transformar energía mecánica a energía eléctrica a unos tenis para obtener una fuente alterna de electricidad.

Justificación

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo se generará una fuerza electromotriz.

Por eso creemos que la energía mecánica se puede convertir en energía eléctrica a través de algún tipo de generador donde las bobinas conviertan el movimiento en Fuerza Electro Motiva, generando una fuente alterna de electricidad.

Por esta razón queremos adaptarla a unos tenis para así aprovechar la energía a partir del ejercicio ya que puedes contribuir al cuidado del medio ambiente, mientras al mismo tiempo cuidas tu salud.

Hipótesis

Si logramos adaptar un generador  eléctrico a unos tenis, entonces podremos transformar energía mecánica a energía eléctrica, y así obtener una fuente alterna de electricidad.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

-Un par de tenis para correr con suela de aire

-1 Pila doble A recargable

-1 Palanca

-2 alambres de cobre

-Un mini generador de energía cinética

-Un cutter

-1  Cinta de aislar

Procedimiento.

  1. Con el cutter abrir la suela de aire del tenis.
  2. Conectar los alambres de cobre a la batería (ambos polos).
  3. Unirlo al generador de energía cinética.
  4. Acomodar el dispositivo en la suela.
  5. Volver a unir la suela de los zapatos

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un dispositivo capaz de generar energía por medio de la fricción que se produce cuando pisamos la palanca. El tamaño del dispositivo es lo suficientemente pequeño para cerrar el tenis y que funcione de la forma deseada, sin embargo, el artefacto cumple con su objetivo de transformar energía mecánica en eléctrica. La palanca que mueve el motor triboeléctrico se encuentra ubicado en la suela del zapato de modo que tenga contacto con el suelo y dentro del espacio que contiene aire colocamos el generador y la batería; y unimos estos dos con cinta de aislar, donde se genera el almacenamiento energía.

Galería Resultados

Discusión

Los electrotenis son una idea en desarrollo en otras partes del mundo ya que los científicos en proceso de crear este tipo de energía alterna. La mayoría de los tenis que están siendo elaborados con las mismas características, su objetivo principal es cargar una pila de un teléfono celular, siendo esta la única función de estos tenis. Nuestro objetivo principal, a diferencia de los tenis ya antes mencionados, es utilizar la energía generada al hacer ejercicio para utilizarla en fines distintos.

Conclusiones

Los imanes dentro del generador triboelectrico permiten el intercambio de energía a la batería ya que es capaz de captar el movimiento y canalizarlo. La palanca es el interrumptor del mecanismo; gracias a ella se genera fricción moviendo los engranes del generador, lo que produce energía mecánica. De esta forma concluimos que podemos obtener la energía a través de la caminata usando este tipo de calzado.  Sin embargo, debido a la falta de espacio en la suela de los tenis, nos dimos cuenta de que podríamos usar unos zapatos de plataforma alta en lugar de lo tenis.

Bibliografía

-Productores de energía, Noticias de la ciencia. (2015) Disponible en: http://noticiasdelaciencia.com/not/4925/generador-triboelectrico-para-producir-electricidad-aprovechable-a-partir-de-friccion/. Consultado el 7 marzo de 2016

-Tenis renovables, Ecologismos (2016) Disponible en: http://ecologismos.com/cargadores-con-energia-cinetica/ Consultado el 7 de marzo de 2016

-Zapatos ecológicos, Tierra Fértil (2016) Disponible en: http://www.tierrafertil.com/index.php/noticias/astronomia-y-espacio-5/95-cargadores-cineticos Consultado el 7 de marzo de 2016

-Energía renovable, Medio Ambiente. (2014) Disponible en: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/06/03/193481.php Consultado el 7 de marzo de 2016



Electrotenis

Summary

The energy that we produce when we do exercise is wasted, however it can have many uses that we do not know. One way of taking advantage of it is by transforming the mechanical energy produced by our body into electrical energy. The objective of this project is to get this type of alternative energy through the use of a pair of tennis sneaker which people can use in their daily lives when exercising. In order to develop a device to transform this mechanical energy we will need: a pair of air-sole sneakers, a mini triboelectric generator, 10 cm of copper wire and a rechargeable battery. The first step is to connect the triboelectric terminals to the poles of the battery with isolated tape. In the sole of the sneakers we must make a hole approximately 5 x 4 cm, depending on the size of the generator. After sealing the hole, we got a device that accomplished the objective of transforming the mechanical movement into electrical energy which can be stored within a rechargeable battery for later use. The price of the device was $ 45.78 pesos, so we conclude that it is cheap and accessible. The lever on the sole is in permanent contact with the ground provoking movement, so it causes that the generator works. Although, the area within the sole is not big enough in order to allow the generator to move properly, we realized that we could apply this procedure to a pair of platform shoes, which contain more space in order to obtain a new alternative energy source.

Research Question

How to adapt an electric generator to a pair of sneakers for transforming mechanic energy into electric energy?

Problem approach

Mechanical energy is produced when an energy source is wasted to create physical movement of an object. In the case of a human, the body burns fatness of the food that they use to do some work like cycling. The energy produced during exercise is lost without knowing the lots of uses we can take advantage. Usually the people do not know that this kind of energy can be useful to transform it into electric energy creating a new source of energy.

The bad uses of the energy has become a remarkable problem very common because all the electronic devices we depend on. There are a lot of different energy sources like the solar energy, the hydraulic, which sometimes they cannot be applicated properly because the weather in some places . Due this problems, we have started to take advantage of the mechanic energy. Besides that, the new technologies provoke people stay at their home to use them instead of doing exercise.

Background

Un nuevo generador convierte el movimiento humano en electricidad

Las energías renovables están dando cada vez un paso más firme y definido dentro de nuestra sociedad. La necesidad de encontrar energías limpias que vayan sustituyendo poco a poco a los combustibles fósiles es prioritaria, tanto porque estos recursos no son infinitos como por mimar (y no marchitar) el planeta en el que vivimos mediante el uso de “tecnologías verdes”. Existen muchas iniciativas dedicadas a la explotación de energías limpias y, de hecho, su crecimiento está siendo exponencial en países como Asia o China, al mismo tiempo que Europa o EEUU también apuestan fuerte por ellas.

Buen ejemplo de ellos son las iniciativas enfocadas en aprovechar el movimiento humano para convertirlo en energía. Sin ir más lejos, el laboratorio de Bioingeniería de Auckland (Nueva Zelanda) diseñó una una serie de finísimos generadores eléctricos que podían aprovechar la energía del movimiento (como puede ser la que realizamos al correr o caminar), para cargar dispositivos como el móvil.

Ahora, un nuevo estudio llevado a cabo por investigadores chinos del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Pekín, liderados por Zhong Lin Wang, y publicado en la revista Nature Communications, presenta un innovador generador de pequeño tamaño que convierte el movimiento en electricidad gracias a la fricción.

Lo interesante y particular de este invento es que es capaz de convertir no solo un pequeño movimiento del cuerpo en energía eléctrica, sino también una brisa suave, ondas de sonido, vibraciones naturales, las olas o una corriente de agua de un grifo; cualquier movimiento ambiental es susceptible de convertirse en electricidad gracias al generador triboeléctrico rotatorio.

“El efecto triboeléctrico es una electrificación inducida por contacto. Un material se carga eléctricamente después de entrar en contacto con otro material distinto a través de la fricción. Este efecto origina la electrostática cotidiana”, afirma Lin Wang.

Según los autores, el dispositivo consigue una eficiencia del 24% y gracias a su pequeño tamaño y peso, podría ser ubicado en cualquier espacio. El coste de fabricación también es bajo, por lo que lo hace un buen candidato para convertirse en producto de fabricación masiva.

Generador triboeléctrico para producir electricidad aprovechable a partir de fricción

Se ha desarrollado un sistema que permite el aprovechamiento práctico de la carga eléctrica producida cuando dos tipos diferentes de materiales plásticos se frotan uno contra el otro.

Basado en materiales poliméricos flexibles, este generador triboeléctrico podría producir corriente alterna a partir de actividades como por ejemplo caminar.

El generador triboeléctrico podría complementar la electricidad producida por los nanogeneradores que usan el efecto piezoeléctrico para generar corriente a partir de la flexión de nanocables de óxido de cinc.

Además, como estos generadores triboeléctricos pueden ser fabricados de un modo que les haga casi transparentes, podrían ofrecer una nueva forma de producir sensores activos potencialmente capaces de reemplazar la tecnología usada hoy en día para las pantallas táctiles.

Es bien conocido el hecho de que se puede producir una carga eléctrica sobre la base del principio físico descrito. La innovación que ha introducido el equipo de Zhong Lin Wang, del Instituto Tecnológico de Georgia (Georgia Tech) en Atlanta, Estados Unidos, es una técnica que la permite crear una corriente eléctrica, posibilitando que la carga eléctrica sea usada. Este generador puede convertir la energía mecánica del entorno en energía eléctrica.

Energía cinética: crear electricidad con nuestro movimiento

Más allá de los relojes de pulsera, existen contados dispositivos que usen únicamente energía cinética para operar. Almacenar energía cinética no es el modo más eficiente de generar electricidad, pero sí la manera más adecuada de aprovechar toda la energía que generamos para recargar los dispositivos que usamos cotidianamente: teléfono móvil, ordenador portátil, ordenador de sobremesa, equipos electrónicos, electrodomésticos, etc.

La energía cinética es desaprovechada por la industria tecnológica, que se ha esforzado en los últimos años en aumentar la duración y fiabilidad de baterías convencionales, cuyos últimos modelos de ion de litio equipan dispositivos informáticos y electrónicos, e incluso coches eléctricos.

Por qué la energía cinética que genero se disipa en forma de calor

Al vivir en una zona urbana muy densa donde predominan las zonas peatonales y los establecimientos de proximidad, raramente usamos el transporte público para desplazarnos, sino que nos movemos a pie. Todos estos desplazamientos producen energía, que se disipa, sobre todo en forma de calor.

¿Por qué la energía cinética que genero se disipa en forma de calor? Quizá haya que culpar a las industrias informática y electrónica, que no han conseguido comercializar con éxito hasta la fecha aparatos que se recarguen (o que siempre estén recargados y que no precisen siquiera de baterías convencionales) gracias a la conversión de nuestro movimiento o el movimiento generado por nuestras acciones en electricidad.

Nuestro movimiento es energía… no aprovechada

Mientras corría el otro día, pensaba en el uso de unas zapatillas deportivas que almacenaran energía a cada paso, además de una camiseta y unas mallas capaces de hacer lo propio. Esta energía podría servir para recargar el reproductor musical que llevo mientras corro, o incluso podría almacenarse en un aparato igualmente compacto y lo suficientemente liviano como para poder ser portado sin esfuerzo en un brazalete o bolsillo.

Puestos a soñar, este mismo aparato podría luego alargar la autonomía de mi móvil o portátil, por ejemplo. Desgraciadamente, esta aplicación cotidiana de la energía cinética almacenada y convertida en electricidad es una visión de futuro.

Existen varias formas de energía, como la química, la generada por el calor, la radiación electromagnética, la energía nuclear, la gravitacional, la energía eléctrica, la elástica, etc. Todas estas formas pueden ser agrupadas en torno a dos grupos, la energía potencial (la capacidad de algunos cuerpos para generar un trabajo) y la energía cinética (del griego “kinesis”, movimiento), que aparece con el movimiento. Cuando se unen energía potencial y cinética en un cuerpo en movimiento, nace la energía mecánica, que podemos almacenar y reutilizar.

Aunque los estudios de salud de los últimos años muestran un aumento del sedentarismo, especialmente entre los más pequeños, seguimos realizando esfuerzo cotidiano al que no prestamos importancia.

¿Una batería cinética por niño?

Un modo de sacar partido a toda la energía generada durante cualquier actividad, la mayoría de la cual se disipa en forma de calor y nunca es utilizada, consistiría en usar cargadores de energía cinética, o dispositivos que funcionaran como relojes de funcionamiento perpetuo, empleando nuestra actividad física como método de recarga.

Pero esta visión tiene todavía importantes escollos que resolver. One Laptop Per Child (OLPC), responsable del desarrollo y comercialización del ordenador para niños de países pobres, el XO-1, es una de las organizaciones que han mostrado más interés en desarrollar una batería propulsada con energía cinética de los niños.

Según OLPC, si bien la tecnología cinética es de sobras conocida, una batería de este tipo no sería lo suficientemente pequeña como para integrarse en los futuros modelos del ordenador que desarrollan.

Otro reto sería el convertir un movimiento cambiante y no consistente en electricidad. Un niño jugando o yendo a la escuela puede caminar, pararse, correr, saltar, arrastrarse; distintas intensidades de energía cinética.

La wiki de OLPC menciona las intensivas investigaciones realizadas por DARPA, agencia tecnológica dependiente del departamento de Defensa de Estados Unidos, en el campo de los pequeños dispositivos que crean electricidad a partir del movimiento simple, como el generado por una mano o por el caminar.

Según OLPC, el dispositivo de carga empleado para las linternas mecánicas Faraday produce electricidad a través de un simple meneo, y es tecnológicamente tan simple como barato. Podría ser modificado para generar electricidad con cualquier movimiento perceptible, especialmente caminar.

Las linternas mecánicas ya eran usadas en la II Guerra Mundial, cuando la recarga de equipamiento de mano era intermitente y poco fiable, por no decir inviable.

Ya entonces, se desarrollaron distintos métodos para generar la potencia necesaria para mantener una iluminación constante: apretar un mango, mover una manivela o agitando el dispositivo. Pese al conocimiento de estas técnicas durante décadas, su aplicación comercial ha sido siempre minoritaria.

Generar energía mientras se camina

En la misma categoría de dispositivos, existen pequeñas mochilas que capturan el movimiento vertical generado mientras se camina o corre y lo convierten en electricidad. IBM publicó ya hace una década abundante documentación sobre esta familia de dispositivos, en la que se concluye que el movimiento generado por las piernas es el más adecuado para la captura de energía. Estos estudios han despertado poco interés comercial hasta el momento.

La revista TIME incluyó en su artículo sobre los mejores inventos de 2008, en la posición 33, un “recolector de energía biomecánica”, una invención de Max Donelan, especialista en cinética de la Universidad Simon Fraser. El dispositivo se ata alrededor de la rodilla y “recupera” hasta 5 vatios con la mera potencia del frenado de la pierna mientras se camina.

Un suelo que convierte nuestros pasos en energía

Además de los generadores eléctricos personales que, como el nPower de Tremont Electric, recargan cualquier dispositivo propulsados con simple movimiento, también es posible instalar un mecanismo cinético sobre una superficie concurrida y así convertir los pasos de la gente (o el ganado) caminando sobre su superficie en energía eléctrica.

Ya en 2006, un grupo de ingenieros británicos decidió recoger las vibraciones de la calle con un prototipo que se instalaba al mismo nivel que la superficie. El mecanismo ideado es capaz de convertir en electricidad las vibraciones generadas por los pasos de la gente, que es usada posteriormente para suplir la iluminación callejera más próxima. La iniciativa fue bautizada como Pacesetters Project e impulsada por la firma británica The Facility Architects, que sigue trabajando en lo que llama “recolección de energía”.

Ahora, la también británica Pavegen ha logrado una cierta repercusión con la instalación de una losa en East London que recolecta energía cinética de los viandantes. Pavegen asegura que cada pequeña estación puede generar hasta 2,1 vatios por hora con la despistada y aleatoria del anónimo peatón.

Con la instalación de 5 unidades de estas losas recolectoras de energía cinética en una calle concurrida, la startup Pavegen asegura que se genera la energía suficiente para iluminar una parada de autobús durante toda una noche.

Nosotros, una fuente energética desaprovechada

La energía cinética generada por cualquier cuerpo en movimiento podría ser recolectada y convertida en electricidad mediante técnicas ya conocidas. Hasta el momento, los centros de investigación de todo el mundo se han centrado más en el perfeccionamiento de baterías, cada vez más pequeñas y con mayor duración, en detrimento de tecnologías que evitarían la dependencia de los propios dispositivos de una fuente de alimentación externa.

No obstante, una mayor concienciación de los usuarios y la mejora del equipamiento relacionado con deportes de aventura lideran un cambio cada vez más perceptible en el que destacan los aparatos y cargadores cinéticos, además de los solares. Mientras tanto, sigo teniendo un sueño: convertir cada una de mis acciones, por pequeñas que sean, en electricidad.

¿Como convertir enenrgía mecánica en energía eléctrica?

La energía mecánica se produce cuando una fuente de energía se gasta para crear el movimiento físico de un objeto. En el caso de un ser humano, el cuerpo quema nutrientes de los alimentos, que se utilizan para realizar trabajos como pedalear en una bicicleta. En este caso, los productos químicos de los nutrientes se convierten en la fuerza física y mecánica para propulsar la bicicleta. La energía mecánica se puede convertir en energía eléctrica a través de algún tipo de generador donde los imanes y las bobinas convierten el movimiento en Fuerza Electro Motiva (siglas inglesas EMF), que generalmente se mide en voltios.

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:

  • Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.
  • Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamentos.

Generadores primarios

Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía eléctrica  y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.

En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar una turbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética, obtener una corriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos actuales.

Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:

* Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.

* Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.

El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal.

En la figura se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en:

E = I×(Rc+Ri)

Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.

Fuerza electromotriz de un generador

Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon , y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.

La F.E.M.  y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

Alternadores

Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.

Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa.

Un alternador de corriente alterna funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía. En el mundo se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz (Europa,.. ) o 60 Hz (Brasil, Estados Unidos, …), es decir, que cambia su polaridad 50 o 60 veces por segundo.

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor (no confundir con inductor o bobina, pues en la figura las bobinas actúan como inducido), que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Inductor

El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación.

Para tener en cuenta son los inductores(inducido-inductor), básicamente es metal que se pone entre medio de el hilo de cobre o imán, para que tenga más atracción magnética, también es importante que el metal inducido debe estar envuelto en cinta de papel y recién el hilo de cobre en el,(no tiene que tener contacto del cobre con el inductor, sino no funciona) y no hace falta que el inducido este conectado con los otros, solo tiene que cumplir la función de aumentar la atracción magnética, estando en el medio del cobre, bobina, sin contacto con el.

Inducido

El inducido o estator es donde se encuentran unos cuantos pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en torno a un núcleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente hierro dulce.

La rotación del inductor hace que su campo magnético, formado por imanes fijos, se haga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en él una corriente alterna que se recoge en los terminales de la máquina.

Aplicación

La principal aplicación del alternador es la de generar energía eléctrica de corriente alterna para entregar a la red eléctrica, aunque también, desde la invención de los rectificadores de silicio, son la principal fuente de energía eléctrica en todo tipo de vehículos como automóviles, aviones, barcos y trenes, desplazando a la dinamo por ser más eficiente y económico.

El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será:

Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una fuerza electromotriz (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,

El signo menos delante de E expresa que, según la ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera.

Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotriz total (ETOT) es igual a:

Siendo n el número total de espiras del inducido.

La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales de la máquina se obtiene multiplicando la velocidad de rotación (número de vueltas por segundo) del inductor por el número de pares de polos del inducido.

Motores (transformación de energía eléctrica a mecánica)

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Objective

To adapt an electric generator into a pair of tennis shoes in order to transform mechanical energy into electrical energy to obtain an alternative source of electricity.

 

Justification

An electric generator is all kind of devices able to keep an electric potencial difference between two points (called terminals poles or borns) transforming mechanic energy into electric. This transformation is achieved by a magnetic field action . Above the electric conductorscapable on the armore. If a relative movement is produces mechanily between the conductors and the field it will generate an electromotriz force. That is why we think that mechanic energy can be changed into electric energy throungh some type of generator when the magnets and the coils transform the movement in electro motive force, generating an electricity alternative source.

For this reason we want to adapt it to a pair of sneaker for taking advantage of the energy created while doing exercise so you contribute to take care of the enviroment and at the same time you take care of your health

Hypothesis

If we achieve to adapt an electric generator into a pair of shoes, then we will be able to transform the mechanical energy into electric energy and in this way to obtain an alternative source of electricity.

Method (materials and procedure)

Materials:

-A pair of sneakers with air sole

-A rechargeable battery Double A

-2 copper wires of 10 cm

-A lever

-A mini kinetic energy generator

-A cutter

-Insulating tape  

Procedure:

  1. Using the cutter open the air sole of the sneakers
  2. Connect the copper wires to the battery (Both Poles)
  3. Attach them to the kinetic electric generator
  4. Put it into the sole
  5. Close the sole of the sneakers

 

 

Results

We obtained a device able to generate energy through the friction that is produced when we step the lever on the soil of the sneaker. The size of the device is not small enough to seal the hole on the sole and work as we wish, however, the device meets with its objective of transforming mechanical energy into electrical.

The lever that moves the triboelectric motor is located in the sole of the sneakers which have contact along with the ground. Inside the air-sole we put the generator and the battery, where the energy is stored; we connected both with insulated tape.

Discussion

The electro-tennis is an idea in development in different parts of the world, as the scientists are in the process of creating this kind of alternative energy source.

The principal objective of most of the shoes that are being elaborated along with the same characteristics is to charge a cellphone battery. On the contrary, our main aim is to use the generated energy for a lot of different purposes by doing exercise.

Conclusions

The magnets inside the generator allow the energy exchanging to the battery as it is able to catch the movement and carry it over. The lever is the interrupter of the mechanism; due to it, the friction generated provokes that the gears of the generator start moving, which produces the mechanical energy. In this way we conclude that we can obtain energy through the everyday walking using this type of shoes.

However, due to the lack of space within the sole of the sneakers, we realized that we can use platform shoes instead of the sneakers.

Bibliography

-Productores de energía, Noticias de la ciencia. (2015) Disponible en: http://noticiasdelaciencia.com/not/4925/generador-triboelectrico-para-producir-electricidad-aprovechable-a-partir-de-friccion/. Consultado el 7 marzo de 2016

-Tenis renovables, Ecologismos (2016) Disponible en: http://ecologismos.com/cargadores-con-energia-cinetica/ Consultado el 7 de marzo de 2016

-Zapatos ecológicos, Tierra Fértil (2016) Disponible en: http://www.tierrafertil.com/index.php/noticias/astronomia-y-espacio-5/95-cargadores-cineticos Consultado el 7 de marzo de 2016

-Energía renovable, Medio Ambiente. (2014) Disponible en: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2010/06/03/193481.php Consultado el 7 de marzo de 2016