Exactas y Naturales

Generador de energía pedaleando una bicicleta para cargar celulares.

  • Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
  • Área de participación: Exactas y Naturales
  • Asesor: REYNA ELIZALDE GONZÁLEZ
  • Equipo [ ]: Ivan Alexander Vivas Medina() , Enrique Román García Espino(6o Conejo)

Resumen

La corriente continua se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial y carga eléctrica, que no cambia de sentido con el tiempo.​ A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Lo que realizamos para convertir la corriente alterna a corriente continua, fue realizar un circuito para convertir y reducir la energía proporcionada por el dinamo con el fin de que el teléfono pueda utilizar esta energía para alimentar la pila, además de cargar el teléfono, ayuda a reforzar el sistema inmunológico y genera bienestar en el cuerpo en hormona, endorfinas y serotoninas que nos hacen sentir mejor y más felices por lo que el ejercicio es perfecto para combatir depresiones o trastornos psicológicos . El objetivo de esta investigación es  diseñar un prototipo con una bicicleta que permita generar energía suficiente para cargar un dispositivo móvil.

 

 

Pregunta de Investigación

¿Cuántos pedaleos se necesitan para cargar un celular?

Planteamiento del Problema

A nivel mundial cada día el producir energía electrica es mas costosa en nuestro país, se han buscado alternativas para crear otro tipo de energías que sean menos costosas y contaminantes.

El poder crear energía a través del esfuerzo que se ejerce al pedalear una bicicleta y con ello cargar un dispositivo móvil favorecería mucho tanto a nuestro planeta como a nuestra salud.

Antecedentes

¿Cuánto cuesta cargar tu dispositivo móvil?

Se necesitan 9.5 W/h (watts/hora) para cargarlo, lo que significa que tarda 1h y 50 min. La potencia máxima fueron 6.3W con una potencia media de 5.0W. Eso lo multiplicamos por 0.0095hWh/día (kilowatts-hora/día) por 365 días y tenemos 3.47kWh/año, dando un resultado de 0.41 dólares, si multiplicamos por el precio de un kWh, que es de 0.118 dólares de media en Estados Unidos.

Según el artículo del diario Información (tecnología), Un estudio realizado por el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley, un cargador consume de 0,26 vatios conectado a la red eléctrica, 3,68 vatios cuando está cargando un móvil y 2,24 vatios cuando el dispositivo ha completado su carga y el cargador sigue conectado al mismo.

Tomando como referencia estos valores, un cargador enchufado a un móvil con la batería cargada al cien por ciento nos costaría al año 0,63 euros (seis horas al día por 365 días y un consumo de 4,90 kWh).

Así que, efectivamente, dejar el cargador enchufado y cargar el móvil no supone un gasto significativo en la factura de la luz. Cargar el teléfono cuesta unos 50 céntimos al año (10Wh por carga, 3,65 kWh al año) y dejar el cargador enchufado unos 15 céntimos (0,2W de consumo, 1,17 kWh al año).

Máquina de corriente alterna

El autor del l“En el año 1882 Nikola Tesla un inventor, ingeniero mecánico, eléctrico y físico, diseñó y construyó el primer motor de inducción de corriente alterna. Así mismo el físico William Stanley, reutilizó, en 1885, el principio de inducción para transferir la corriente alterna entre dos circuitos eléctricamente aislados. La idea central fue la de enrollar un par de bobinas en una base de hierro común, denominada bobina de inducción. De este modo se obtuvo lo que sería el precursor del actual transformador. El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla; la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron en el desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien GaulardJohn Gibbs y Oliver Shallenger entre los años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), que es un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia, comercializado en su día con gran agresividad por Thomas Edison.

La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891, cerca de TellurideColorado, a la que siguió algunos meses más tarde otra de Lauffen a Fráncfort en Alemania. A pesar de las notorias ventajas de la corriente alterna frente a la corriente continua, Thomas Edison siguió abogando fuertemente por el uso de la corriente continua, de la que poseía numerosas patentes. De hecho, atacó duramente a Nikola Tesla y a George Westinghouse, promotores de la corriente alterna, y a pesar de ello esta acabó por imponerse. Así, utilizando corriente alterna, Charles Proteus Steinmetz, de General Electric, pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la producción y transmisión eléctrica, lo que provocó al final la derrota de Edison en la batalla de las corrientes, siendo su vencedor Nikola Tesla y su financiador George Westinghouse.”

Este tipo de corriente es producida por los alternadores y es la que se genera en las centrales eléctricas. La corriente que usamos en los enchufes o tomas de corriente de las viviendas es de este tipo. Este tipo de corriente es la más habitual porque es la más fácil de generar y transportar.

El alternador hace girar sus espiras (rotor) 50 veces cada segundo generando una onda de corriente y tensión senoidal o sinusoidal. Esta velocidad de giro se dice que tiene una frecuencia de 50Hz (vueltas por segundo). En américa es de 60Hz.

Manoj Bhargava, inventor de la bebida energética 5-hour Energy, está utilizando su gran fortuna para ayudar a resolver la crisis energética. Pedaleando en su bicicleta Free electric una hora, una persona puede generar la energía suficiente para las necesidades básicas de una vivienda humilde durante todo un día.

Tiene la capacidad de generar energía a través del pedaleo: un sistema equipado con una bicicleta fija y una batería que ayudarán a mantener las luces y los pequeños electrodomésticos de tu casa funcionando durante todo el día con solo una hora de pedaleo. El sistema permite convertir la energía cinética que producimos durante el pedaleo en electricidad, que se acumulará en una batería, para luego usarla en la casa.

Hacer bicicleta es un ejercicio sano y divertido que tiene múltiples beneficios para tu salud. Realizado de forma moderada y constante te ayudará a mejorar tu estado físico y anímico.

Lo ideal es hacer bicicleta tres días por semana durante 45 minutos-1 hora. El ejercicio es más eficaz con cambio de ritmos: Empezar con un pedaleo suave, aumentar el ritmo y mantener uno ligero. Haz intervalos de intensidad fuerte durante 3 minutos cada cuarto de hora. En 1 hora de este deporte se mejora el sistema inmunitario y cardiovascular, y la capacidad respiratoria. Permite controlar el peso y genera bienestar.

  1. Mejora el sistema cardiovascular

Al pedalear aumenta el ritmo cardíaco y se reduce la presión arterial. Es capaz de reducir a la mitad el riesgo de infarto. Al mover las piernas mejora la circulación y la flexibilidad de los vasos sanguíneos. Reduce el colesterol malo y aumenta el bueno.

  1. Fortalece la espalda

Es muy importante mantener una buena postura manteniendo el dorso ligeramente inclinado hacia delante. Al pedalear se activan los músculos de las vértebras dorsales. Conviene realizar ejercicios de abdominales para ello, cuando pedalees haz encogimientos de piernas.

  1. No resiente las articulaciones

La bicicleta es un ejercicio sin impacto, se produce movimiento sin golpeo, y las rodillas están protegidas.

  1. Refuerza el sistema inmunológico

El ejercicio moderado como el pedaleo activa nuestras células antibacterianas que nos protegen de bacterias e incluso de células cancerígenas.

  1. Genera bienestar

El cuerpo segrega hormonas, endorfinas y serotoninas, que nos hacen sentir mejor y más felices por lo que el ejercicio es perfecto para combatir depresiones o trastornos psicológicos. El cerebro se oxigena y funciona con más rapidez y claridad.

Principios de la bicicleta

Lo único que está claro es de la historia de la la bicicleta es un invento europeo. Dependiendo de lo que consideremos una bicicleta existen unas fechas u otras. Sin embargo, la del británico John Kemp Starley en 1885 fue la primera bicicleta con pedales patentada como tal. A partir de esta, ha evolucionado la industria de la bici en el siglo XX. Starley se basó en los modelos europeos construidos a lo largo de todo el siglo XIX.

Existe la creencia de que Leonardo Da Vinci creó el primer boceto en papel de una bicicleta (¡que incluía hasta la cadena de transmisión!) a finales del siglo XV. Sin embargo, el investigador alemán Hans-Erhard Lessing demostró en 1997 que el diseño se introdujo en los documentos de Leonardo a partir de 1961. También a finales del siglo XVIII, un francés, el conde de Sivrac habría inventado el celerífero, un primitivo cuadro sobre dos ruedas con una cabeza de animal, pero autores como Max Rauck, Gerd Volke y Felix Paturi han desmentido esta fecha atribuyéndola a antiguas rivalidades nacionalistas entre franceses y alemanes.

En 1816, Karl Dreis, inventor y aristócrata alemán creó el primer vehículo dirigible con dos ruedas en línea. No tenía ni pedales, ni cadenas, ni frenos, sino que avanzaba y frenaba con los pies. Pero sí tenía las ruedas, el sillín, el manillar, el cuadro y un sistema de dirección bastante más aparatoso que el que hoy conocemos. Dreis pensaba que su “máquina de correr” o laufmaschine, como la bautizó revolucionaría el transporte de su época. Pero tristemente no pasó de ser una máquina recreativa muy poco utilizada, aunque sirvió como prototipo para otros posteriores.

En 1839 el herrero escocés Kirkpatrick Macmillan añadió pedales con barras a un prototipo. Estas innovaciones permitieron al ciclista impulsar la máquina con los pies sin tocar el suelo. El mecanismo de impulsión consistía en pedales cortos fijados a la rueda trasera y conectados por barras a unos pedales situados delante del ciclista. Era impulsada por el empuje de los pies hacia abajo y hacia adelante. La utilizó para realizar viajes dentro de su Escocia natal, pero no llegó a patentar ni vender su invento. Ante la falta de evidencias documentales de esas fechas siempre ha habido escepticismo alrededor de la fecha concreta de creación.

ENERGÍAS RENOVABLES

La energía puede definirse como todo aquello que es capaz de realizar trabajo o provocar movimiento. Toda la materia tiene energía, siendo ésta, por lo tanto, una propiedad de la materia que puede tomar muchas formas como calor, luz, electricidad, movimiento, sonido, fuerzas nucleares; todas ellas son manifestaciones de la energía.  Las energías renovables son aquellas cuyas fuentes residen en fenómenos de la naturaleza, procesos o materiales susceptibles de ser trasformados en energía aprovechable por la humanidad y que se regeneran naturalmente, por lo que se encuentran disponibles de forma continua. Las fuentes renovables de energía perduran por miles de años. Este tipo de energías son más amigables con el medio ambiente, evitando gases de efecto invernadero por la quema de combustibles fósiles. De acuerdo con la primera ley de la termodinámica, sabemos que la energía no se crea ni se destruye, sino sólo se transforma. Por eso podemos decir que la energía no se pierde. Aunque la energía no se pierde, sí se degrada en un proceso irreversible. Por ello, la energía no se considera renovable; lo que se renueva es su fuente.

Entre las energías renovables más aprovechadas se encuentran:

  • Energía hidráulica
  • Energía solar · Energía eólica
  • Energía mareomotriz

Energías renovables Una de las energías renovables menos     aprovechadas hoy en día para transformarla en energía eléctrica es la que genera el ser humano. El hombre puede utilizar los alimentos y la respiración para producir energía y realizar trabajo con ella. Esta energía podría aprovecharse al realizar actividades recreativas y deportivas, como el ciclismo. Con la ayuda de la bicicleta, una parte de la energía que se utiliza para trasladarse de un lugar a otro podría almacenarse como energía eléctrica.

GENERADORES ELÉCTRICOS Durante la historia de la humanidad se han buscado muchas fuentes de energía para movilizar, construir viviendas, arar, segar, procesar los alimentos e iluminar. Hombres y animales fueron las primeras fuentes de energía. Incluso la esclavitud fue ampliamente justificada con esta finalidad. La leña y el carbón desempeñaron un papel protagónico durante la revolución industrial con la invención de la máquina de vapor. El desarrollo de la electricidad a finales del siglo XIX permitió el desarrollo de la industria moderna y requirió la conversión de diversas fuentes de energía en energía eléctrica y viceversa. En la actualidad, el desarrollo de la electrónica, y en especial de la electrónica de potencia, permite el control efectivo y eficiente de los procesos de conversión de energía eléctrica. La ley de la inducción electromagnética publicada por Faraday consiste en que, a partir de campos magnéticos variables respecto al tiempo, es posible producir campos eléctricos y, en consecuencia, corrientes eléctricas. Esta ley permite el funcionamiento de los generadores eléctricos.

Las máquinas eléctricas nos ayudan a transformar una forma de energía en otra. Éstas pueden usarse en dos formas: como motores, cuando se quiere convertir la energía eléctrica en energía mecánica, y como generadores, cuando la energía mecánica se trasforma en energía eléctrica. En general, las máquinas eléctricas rotativas convencionales presentan las siguientes características comunes:

  • Poseen un eje mecánico a través del cual se realiza el intercambio de energía
  • Tienen una pieza estática o inmóvil denominada estator
  • Disponen de una pieza móvil denominada rotor, en el caso particular de las máquinas cilíndricas · Son generalmente cilíndricas
  • El flujo es periódico

La idea básica de un generador eléctrico consiste en el movimiento de un imán frente a una bobina. Este movimiento es circular; sin embargo, lo que importa no es la velocidad angular del imán, sino su velocidad tangencial, que es el producto de la velocidad angular por el radio de giro del imán o distancia radial del imán al eje de giro. Para generar la misma cantidad de fuerza electromotriz (fem), un generador cuyos imanes estén cerca del eje de giro necesitará más velocidad angular (rpm) que un generador cuyos imanes estén más alejados de dicho eje. [6] En este proyecto, la parte más importante es la generación, por lo que nos enfocaremos en los diferentes tipos de generadores.

TIPOS DE GENERADORES ELÉCTRICOS La obtención de energía eléctrica a través de un generador se logra principalmente por el movimiento circular de un imán frente a una bobina, donde lo importante no es la velocidad angular sino la tangencial, que es el producto de la velocidad angular por la distancia radial del imán al eje del giro. Esto implica que un generador con imanes ubicados más cerca del eje de giro necesitará una mayor velocidad angular para generar la misma diferencia de potencial que un generador cuyos imanes están más alejados del eje de giro.

En los primeros generadores, los imanes eran en realidad electroimanes que necesitaban una intensidad de corriente o excitación para poder crear el campo magnético. Poco a poco han aparecido generadores donde los imanes son permanentes, entre ellos los de Neodimio (Nd), Hierro (Fe) y Boro (B), que crean un campo magnético más intenso que el de todos sus predecesores.[8]Estos imanes han permitido la construcción de generadores eléctricos más pequeños y con un peso considerablemente menor

GENERADORES DE FLUJO AXIAL

El generador axial se construye principalmente con un disco delgado de hierro que contiene imanes que giran alrededor de un eje perpendicular al mismo, mientras que en otro disco se encuentra una serie de bobinas, como se observa en la figura 1.4. Al interactuar los dos discos se obtiene una fuerza electromotriz (fem) inducida en cada una de las bobinas del generador.

Objetivo

Diseñar un prototipo con una bicicleta que permita generar energía suficiente para cargar un dispositivo móvil.

Justificación

A nosotros nos gusto este tema porque queremos que tenga un menor costo,aprovechando el ejercicio que hacemos al pedalear la bicicleta que mejore nuestra salud y al mismo tiempo la pila del celular

Hipótesis

Si generamos energía pedaleando una bicicleta entonces,lograríamos cargar un dispositivo móvil y que mejore nuestra salud.

Método (materiales y procedimiento)

Para la construcción del Generador de energía pedaleando una bicicleta para cargar celulares, consultamos varios videos en internet y visitamos la biblioteca.

Los materiales que vamos a utilizar son:

Materiales

  • Bicicleta
  • Dinamo 12 volts
  • Puente Rectificador
  • Condensador 1000 uF 35V
  • Condensador 10 uF
  • Condensador 0.1 uF
  • Regulador de voltaje LM 7805
  • USB Hembra
  • Silicón
  • Placa perforada
  • Cautín
  • Estaño
  • Pasta para soldar
  • Cables de cobre

Procedimiento

  1. Colocar el puente rectificador en la placa perforada.
  2. Conectar el condensador de 1000 Uf a el puente rectificador.
  3. Conectar el regulador de voltaje LM7805 al condensador de 1000 Uf.
  4. Conectar el regulador de voltaje al condensador de 10 Uf.
  5. Conectar el condensador de 0.1 Uf al condensador de 10 Uf.
  6. Conectar el USB hembra al condensador de 0.1 Uf.
  7. Conectar el puente rectificador al dinamo de bicicleta.
  8. Conectar el teléfono al USB.
  9. Pedalear la bicicleta
  10. Cargar el celular

 

Galería Método

Resultados

Nuestros resultados en la fase experimental fueron:

Al principio de nuestras pruebas, el dinamo no nos daba el voltaje esperado, así que lo que hicimos fue abrirlo y nos percatamos de que un cable estaba mal soldado; lo soldamos y nos pudo dar el voltaje deseado, cargando así el 10% en 3 minutos que son 120 pedaleos

Después lo que efectuamos fue ahora realizar las pruebas con el circuito ya soldado y nuestros resultados fueron satisfactorios, ya que logramos cargar un teléfono celular con un dinamo de bicicleta, gracias a que el puente rectificador convertía la corriente alterna a continua, que esta es la que usan los dispositivos móviles, el regulador de voltaje que convertía los 12 volts a 5 para que no se descompusiera el el teléfono y los condensadores que ayudaron a limpiar la señal enviada por el puente rectificador y el regulador.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

En conclusión, por medio de la energía generada, pudimos cargar un celular, aprendimos cómo cambiar de energía alterna a continua, regular los volts generados por el dinamo, concluyendo en una hipótesis correcta.

Esta energía nos puede ayudar a reducir gastos en la factura de electricidad, así como a hacer ejercicio y reducir la contaminación al utilizar un transporte que no contamina y principalmente cargar un celular

Bibliografía

  1. https://www.poderpda.com/uso-smartphones/cuanto-cuesta-cargar-tu-smartphone-al-ano/
  2. Máquinas eléctricas y técnicas modernas de control / Pedro Ponce Cruz, Javier Sampé López. – México: Alfaomega, c2008.
  3. Experimentos Sencillos de Física y Química de Press, Hans Jürgen
  4. https://www.ecured.cu/Corriente_alterna
  5. https://www.quo.es/ser-humano/g41572/construye-un-generador-a-pedales/
  6. https://ecoinventos.com/free-electric/
  7. http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/787/A7.pdf?sequence=7
  8. https://www.hogarmania.com/salud/bienestar/en-forma/201003/bicicleta-todos-beneficios-6309.html
  9. https://bicihome.com/la-historia-de-las-bicicleta/
  10. http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/1754/Tesis.pdf?sequence=1

 



Generador de energía pedaleando una bicicleta para cargar celulares.

Summary

The DC current refers to the continuous flow of electrical charge through a conductor between two points of different potential and electrical charge, which does not change its meaning over time. Unlike alternating current, electrical charges always circulate in the same direction in the direct current. What we do to turn into the alternating current to DC, was to make a circuit to turn into and reduce the energy provided by the Dynamo in order to the phone can use this energy to power the battery, in addition to charging the phone, helps to reinforce the immune system and generates well-being in the body in hormone, endorphins and serotonin that make us feel better and happier so the exercise is Perfect for combating depression or psychological disorders.

The volts needed to charge a common mobile device are 5 V and the volts generated by the pedaling of the bicycle are 12, for that we use a LM7805 voltage regulator that converts from 7.5 V to 30 v in 5 v.

The obtaining of electric energy through a generator is achieved mainly by the circular movement of a magnet in front of a coil, where the important thing is not the angular velocity but the tangential one, which is the product of the angular velocity by the radial distance From the magnet to the spinning axis, then what we want to achieve is to design a prototype with a bicycle that will generate enough energy to charge a mobile device.

Research Question

How many pedals do you need to charge a cell phone battery?

Problem approach

On a global level every day the production of electricity is more expensive in our country, alternatives have been sought to create other types of energies that are less expensive and polluting.

The power to create energy through the effort that is exerted when pedaling a bicycle and thus charge a mobile device would favor much both our planet and our health

Background

Objective

To design a prototype with a bicycle that allows to generate enough energy to a mobile device.

Justification

On a global level every day the production of electricity is more expensive in our country, alternatives have been sought to create other types of energies that are less expensive and polluting.

Hypothesis

If we generate energy by pedaling a bicycle then, we will get to charge a mobile device and improve our health.

Method (materials and procedure)

For the construction of the power generator pedaled a bicycle to charge cell phones,we consult several videos on the internet and visit the library. The materials that we use are:

materials

1.-bicycle

2.-alternator 12 volt

3.-bridge Rectifier 4.-condenser 1000 uF 35V 5.-capacitor 10 uF 6.-condenser 0.1 uF

7.-LM7805 voltage regulator 8.-USB female

9.-silicone

10.-perforated plate

11.-soldering iron

12.-Tin

13.-Paste soldering 14.-copper cables

Procedure

1.connect the bridge rectifier on the perforated plate. 2.connect the capacitor of 1000Uf to the bridge rectifier.

3.connect LM7805 voltage to the capacitor of 1000Uf. 4.connect to 10 Uf capacitor voltage regulato

5.connect the condenser 0.1 Uf to the condensador  10 Uf.

6.Connect the female USB to the 0.1 Uf condenser.

7.Connect the rectifier bridge to the bicycle dynamo.

8.Connect the phone to the USB.

9.Pedal The bike

10.Charge the cell phone

Results

Our results in the experimental phase were:

At the beginning of our tests, the Dynamo did not give us the expected voltage, so what we did, was to open it and we realized that a cable was poorly welded; we welded it and it gave us the desired voltage , thus loading 10% in 3 minutes that are 120 pedals

After What we did perform tests with the circuit and our results were satisfactory, as we managed to load a cell phone with a bike dynamo, because the diode Bridge turns into alternating current to continuous, that this is the one that use the mobile devices, the voltage regulator that turns into the 12 volts to 5 so that it does not should fail the telephone and the capacitors that helped to clean the signal sent by The diode bridge and the regulator.

Discussion

Conclusions

In conclusion, by means of the generated energy, we were able to charge a cell phone; we learned how to change from alternate to continuous energy, regulate the voltage generated by the dynamo, concluding in a correct hypothesis.

This energy can help us to reduce costs on the electricity bill, as well as exercise and reduce pollution by using a non-polluting transport and  the principal objective charge the cell phone

Bibliography

  1. https://www.poderpda.com/uso-smartphones/cuanto-cuesta-cargar-tu-smartphone-al-ano/
  2. Máquinas eléctricas y técnicas modernas de control / Pedro Ponce Cruz, Javier Sampé López. – México: Alfaomega, c2008.
  3. Experimentos Sencillos de Física y Química de Press, Hans Jürgen
  4. https://www.ecured.cu/Corriente_alterna
  5. https://www.quo.es/ser-humano/g41572/construye-un-generador-a-pedales/
  6. https://ecoinventos.com/free-electric/
  7. http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/787/A7.pdf?sequence=7
  8. https://www.hogarmania.com/salud/bienestar/en-forma/201003/bicicleta-todos-beneficios-6309.html
  9. https://bicihome.com/la-historia-de-las-bicicleta/
  10. http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/1754/Tesis.pdf?sequence=1