Ciencias Exactas y Naturales

pj─104─en Generador Fitness

  • Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
  • Área de participación: Ciencias Exactas y Naturales
  • Asesor: MARISA CALLE MONROY
  • Equipo [ ]: Fernando Jiménez Nájera() , José Mauricio Cruz Medina() , Emiliano Reyes Gutierrez(1o Tulum)

Resumen

En México, uno de los principales problemas es el sobrepeso, esto es provocado al consumir calorías y grasas que están en las comidas chatarra y los refrescos.Al comer, nos hemos acostumbrado a alimentarnos con refrescos y chatarra a la hora de la comida, por eso el generador fitness va a poder ayudar a bajar algunos kilos y a la vez generar energía. El generador está compuesto por  varios materiales que son: una caminadora manual, esta es una caminadora, pero en vez de usar energía la cinta se mueve al correr. El dinamo es un receptor de energía que al ser girado por el engrane se genera electricidad, este es un componente más del generador fitness, además cuenta con una lámpara conectada al dinamo. Estos se conectan a la cinta de la caminadora  en la parte inferior derecha. Después de conseguir todos los materiales y conectarlos a la caminadora, está al correr generaba bastante energía, pero solo al hacer demasiado movimiento, cuando caminábamos no se generaba energía. Cuando ya estaba el proyecto hecho hicimos un prototipo que usaba los mismos materiales pero este generaba energía con la mano. En el prototipo se sustituye a la lámpara que estaba conectada al dinamo con un led rojo. Lo armamos con una tabla de madera, esta tenía los engranes en una cápsula de cristal conectada a un pedazo de hierro, para poder hacer girar el engrane, y este estaba conectado al dinamo, así que al girar los engranes se encendía el foco led.

Pregunta de Investigación

¿Cómo se podría generar energía a partir de los movimientos?

Planteamiento del Problema

México es uno de los principales países con sobrepeso a causa de la falta de ejercicio y la mala alimentación que tenemos. Uno de los principales problemas en nuestro país es el gasto innecesario de energía, este es causado por la mala utilización de energía en la actualidad, como dejar prendidos los aparatos electrónicos, dejar encendida la luz cuando no se utiliza.

Otra causa del sobrepeso es porque la gente prefiere estar frente a una pantalla que estar haciendo ejercicio, por eso se perjudica la salud de las personas en vez de beneficiarse.

Antecedentes

Entre 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico que se mueve en un campo magnético generaba una diferencia  potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua.

En 1831 aparece el primer generador Británico, inventado por Michael Faraday. En 1836 Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando como la base los principios de Faraday, construyó el primer dinamo, llamada Pixii’s dynamo. Para ello se utilizó un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal.

En 1860 Antonio Pacinotti, un científico italiano, ideó otra solución al problema de la corriente alterna. 

En 1871 Zénobe diseña la primera central comercial de plantas de energía, que operaba en París en la década de 1870. Una de sus ventajas fue la de idear un mejor camino para el flujo magnético, rellenando el espacio ocupado por el campo magnético con fuertes núcleos de hierro y reducir al mínimo las diferencias entre el aire inmóvil y las piezas giratorias. El resultado fue la primera dinamo como máquina para generar cantidades comerciales de energía para la industria.

Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor mecánico moviéndose en un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua. También fue muy utilizado como generador de energía eléctrica en bicicletas para alimentar bombillas de poca intensidad.
La dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial, pues fue el primero basado en los principios de Faraday. Fue construido en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hippolyte Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela.

Uno de los usos más comunes que se le dio a la dinamo fue el de generador de energía eléctrica para el automóvil. A medida que, desde principios del siglo XX, los automóviles se iban haciendo más complejos, se demostró que los sistemas de generación de energía eléctrica con los que se contaba no eran lo suficientemente potentes para las necesidades del vehículo.

Cabe mencionar que dentro de las maquinas eléctricas podemos mencionar que hay de dos tipos:

  • Maquina eléctrica rotativa: dentro de los cuales se encuentran los generadores eléctricos.
  • Maquinas eléctricas estáticas: dentro de los cuales se encuentran los transformadores.

En esta ocasión solo se mencionaran los generadores eléctricos.

El Generador eléctrico Síncrono, o también llamado Alternador, es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica.

Son los encargados de generar la mayor parte de la energía eléctrica consumida en la red, y su respuesta dinámica resulta determinante para la estabilidad del sistema después de una perturbación. Por ello, para simular la respuesta dinámica de un sistema eléctrico es imprescindible modelar adecuadamente los generadores síncronos.

Es capaz de convertir energía mecánica en eléctrica cuando opera como generador y energía eléctrica en mecánica cuando operada como motor, para nuestro caso como generador.
Los generadores eléctricos o generadores síncronos funcionan bajo el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.

Durante 1831 y 1832Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente a un mmagnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua. También fue utilizado como generador de energía en una bicicleta para producir luz de poca intensidad.

El dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial. La primera dinamo, basada en los principios de Faraday, fue construida en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hipólito Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela. Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al girar junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un núcleo y una bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente continua.
En 1831 aparece el primer generador Británico, inventado por Michael Faraday. En 1836 Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando como la base los principios de Faraday, construyó la primera dinamo, llamada Pixii’s dynamo. Para ello se utilizó un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal.

En 1860 Antonio Pacinotti, un científico italiano, idearía otra solución al problema de la corriente alterna.

Dinamo de Pacinotti, 1860
En 1871 Zénobe diseña la primera central comercial de plantas de energía, que operaba en París en la década de 1870. Una de sus ventajas fue la de idear un mejor camino para el flujo magnético, rellenando el espacio ocupado por el campo magnético con fuertes núcleos de hierro y reducir al mínimo las diferencias entre el aire inmóvil y las piezas giratorias. El resultado fue la primera dinamo como máquina para generar cantidades comerciales de energía para la industria.

Usos comunes de la dinamo
Uno de los principales usos del dinamo es la utilización de la energía eólica, de esta forma el viento hace rotar las aspas conectadas al eje del dinamo, produciendo electricidad y aprovechando esta fuente de energía inagotable.
También son muy utilizados por los ciclistas. Gracias a la dinamo que genera y ofrece una energía eléctrica los ciclistas pueden circular por las noches por la carretera. Las dinamos se colocan en la rueda frontal y al girar la rueda gira a su vez el generador y por lo tanto ofrece la energía y hace que se encienda la luz de la bicicleta.

Los primeros generadores se conocen como de carga electroestática, estos generaban grande cargas en electricidad estática a voltajes muy elevados y corrientes vahas. Los primeros generadores de este tipo tienen sus orígenes a finales del siglo XVII, sin embargo, no existieron máquinas que emplearan esta energía sino hasta mediados del siglo XVIII.

Estos generadores empleaban discos metálicos los cuales eran cargados a través del efecto triobeléctrico (el que asociamos a frotar un material neutro como el ámbar, con uno de carga positiva como la lana), y posteriormente con los sistemas de inducción electroestática (desarrollados a mediados del siglo XVIII).

Un transformador funciona de la siguiente forma: se supone que se construye un núcleo de hierro. Si en un extremo del núcleo se enrolla un cable para formar una bobina A, y por ésta circula una corriente eléctrica, entonces resulta que el campo magnético producido por esta corriente (según la ley de Ampère) queda confinado dentro del núcleo de hierro; prácticamente no hay campo fuera del núcleo. Esto ocurre si el núcleo está construido de sustancias llamadas ferromagnéticas, como el hierrocobalto, etc.

Ahora bien, si la corriente que circula por la bobina varía con el tiempo, entonces el campo magnético producido también variará, y por tanto también cambiará el flujo de este campo a través del núcleo. Si ahora se enrolla otra bobina, la B, en otra parte del núcleo, entonces, de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday sabemos que se inducirá una corriente a lo largo de la segunda bobina. A la bobina A se le llama el primario y a la B el secundario. Las características de la corriente inducida en B dependen del número de espiras que hay en cada una de las bobinas. Mientras mayor sea el número de espiras en el secundario, mayor será el voltaje inducido en él. Por ejemplo, si el voltaje en el primario es de 125 V, y en el primario hay 100 espiras, mientras que en el secundario hay 2 000 espiras.

Por lo tanto, el voltaje inducido en el secundario será 20 veces el voltaje del primario, o sea 20 x 125 V = 2 500 V. Por otro lado, a medida que el voltaje aumenta en el secundario, la corriente que circula en él disminuye en la misma proporción. Si, por el primario circula una corriente de 3 amperes, entonces por el secundario circulará una corriente 20 veces menor, o sea, 3/20 = 0.15 amperes.

El ejemplo ilustra las características de un transformador: si el voltaje inducido aumenta en el secundario entonces la corriente inducida disminuye en la misma proporción, e inversamente, si el voltaje disminuye, la corriente aumenta en la misma proporción.

Un dato muy importante es que un transformador solamente funciona con corrientes que varían con el tiempo, pues es en estas circunstancias que el flujo magnético cambia y se puede inducir una corriente en el secundario. Por tanto, con corriente directa no funciona el transformador.

Después de haber patentado una versión de un transformador, Gaulard y Gibbs inventaron un sistema de iluminación en el cual usaron corriente alterna y lámparas incandescentes, del tipo que inventó Edison. Demostraron su sistema en Inglaterra en 1883 y en Italia en 1884. Sin embargo, su transformador no era muy práctico.

Entre los visitantes a sus exposiciones estuvieron tres húngaros: Otto BláthyMax Déri y Karl Zipernowski. Ellos mejoraron el diseño del transformador y en mayo de 1885, en la Exposición Nacional Húngara en Budapestpresentaron lo que resultó ser el prototipo del sistema de iluminación que se utiliza hasta hoy en día. Su sistema tenía 75 transformadores conectados en paralelo que alimentaban 1 067 lámparas incandescentes del tipo de Edison, todo esto alimentado por un generador de corriente alterna que proveía un voltaje de 1 350 V. Los transformadores que usaron los húngaros proveían voltajes bajos y eran muy eficientes, pero su construcción resultaba muy laboriosa y por tanto, muy cara. Sin embargo, lograron su objetivo: operar un sistema de lámparas a bajo voltaje a partir de un tema de distribución de corriente operado a alto voltaje.

Fue Bláthy primero en usar la palabra “transformador”.

Otra persona que también presenció la demostración de Gaulard y Gibbs en Italia fue el estadunidense George Westinghouse (1846-1914). Éste era un industrial que conocía el sistema construido por Edison en Nueva York, del cual no era partidario, ya que estaba consciente de sus desventajas. En 1884 Westinghouse contrató a un joven ingeniero eléctrico, William Stanley, quien tenía algunas ideas para utilizar el transformador. Hacia 1885 Stanley ya había diseñado varios tipos de transformadores superiores a los de los científicos húngaros.

Con ayuda de otros ingenieros, Oliver B. Sehallenberger y Albert Schmid, construyeron transformadores con laminillas de hierro que evitaban las pérdidas de energía. En marzo de 1886 entró en operación una planta construida bajo la dirección de [[Stanley] en el pueblo de Great Barrington, Masachusetts.

Esta planta operó con corriente alterna, con un generador que produjo una corriente de 500 V y que aumentó un conjunto de lámparas a una distancia de alrededor de 2 km. Por medio de transformadores redujeron el voltaje a 100 volts, que es el valor que se requiere para hacer funcionar las lámparas. Para demostrar que se podía transmitir la electricidad a distancias mayores por medio de un transformador elevaron el voltaje a un valor de 3 000 volts, y luego lo redujeron a 100 volts. El resultado fue un gran éxito y de inmediato Westinghouse inició la manufactura y venta de equipos para distribuir electricidad por medio de corriente alterna. Al mismo tiempo Schallenberger inventó un medidor de energía eléctrica consumida, para poder cobrarla en forma precisa.

Todo esto, aunado al hecho de que el costo de la transmisión era relativamente barato, dió inicio a la utilización de la energía eléctrica  por medio de corriente alterna, sistemas que aún utilizamos en la época actual.

Edison y sus asociados pelearon contra la utilización de la comente alterna tanto en la prensa como en los tribunales. Sin embargo, su lucha estaba perdida. Muy pronto la corriente directa cedió su lugar a la alterna debido a su flexibilidad, conveniencia y bajo costo. Tres años después del éxito con su planta Edison quedó desplazado.

En la década de 1890 el crecimiento de los sistemas de corriente alterna fue muy vertiginoso. En las Cataratas del Niágara, Estados Unidos, se instalaron generadores inmensos que iniciaron su servicio en 1895 y alimentaron de electricidad a lugares bastante lejanos, algunos situados a centenares de kilómetros. De esta manera muy pronto se establecieron sistemas de transmisión en muchos países, tendencia que continúa hasta la fecha.

Objetivo

Generar energía a partir del movimiento fitness.

Justificación

El generador de electricidad, se utiliza para generar energía utilizando un mecanismo  al funcionamiento. Para mejorar la condición física de la gente, normalmente se piensa en hacer ejercicio o alimentarse sanamente, pero el generador fitness no sólo trae este beneficio si no que también puede generar energía al mismo tiempo de hacer algún tipo de ejercicio o movimiento.

Durante muchos años se ha buscado una solución para contrarrestar el sobrepeso pero además de que el generador fitness va a ayudar a mejorar la condición física, también va a permitir generar energía para poder cargar algún tipo de aparato electrónico que usa pilas o energía.

Esta es una de las pocas ideas que puede ayudar a contrarrestar dos problemas que actualmente afectan a varias comunidades con el sobrepeso y el gasto de energía innecesario.  

Hipótesis

Si logramos generar energía a partir del movimiento, podríamos reducir los gastos de energía y a la vez mejorar nuestra condición física.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

  1. Un engrane de cualquier tamaño
  2. Una cuerda que se adapte a la circunferencia del engrane
  3. Una caminadora manual
  4. Un cable de 12 voltios
  5. Un receptor de energía

Procedimiento

  1. Colocar la cuerda alrededor del engrane y unirlo.
  2. Hacer un orificio a la caminadora del tamaño del cable.
  3. Abrir la caminadora.
  4. Colocar el engrane a la cinta de la caminadora por dentro.
  5. Cerrar la caminadora cuando se haya conectado el cable alrededor del engrane.
  6. Conectar el cable al receptor de energía

Galería Método

Resultados

Obtuvimos un generador de energía con una caminadora manual de 1,25 metros y de la parte inferior contaba con una cinta de 80 cm ademas tiene un receptor que estaba conformado con un engrane a la izquierda de 1 cm de circunferencia que esta colocado en la esquina inferior derecha de la cinta, ademas tiene conectado una lampara.

Galería Resultados

Discusión

El generador fitness es igual a una caminadora normal pero con un dinamo que al girar genera energía en el proyecto, esto beneficia al hacer ejercicio y mejorar nuestra condición física se produce electricidad y la lámpara se enciende, esto se provoca al girar el dinamo con la cinta de la caminadora.

Conclusiones

Cunando corríamos en la caminadora se generaba energía y mientras más rápido avanzamos mayor electricidad y al mover la cinta de la caminadora la lámpara se encendía gracias a la corriente eléctrica que almacena el receptor y convertía esta corriente para hacer encender la lámpara.

Bibliografía

Google Sities, Historia del generador eléctrico, consultado el 29 de abril del 2019 en:https://sites.google.com/site/generadenergiaelectrica/home

Google Sities, Historia del generador eléctrico, consultado el 29 de abril del 2019 en:https://fbancoff.wordpress.com/2015/05/24/generador-electrico/

Google Sities, Historia del generador eléctrico, consultado el 29 de abril del 2019 en:http://dinamodelos.blogspot.com/2009/10/funcionamiento.html

Google Sities, Historia del generador eléctrico, consultado el 29 de abril del 2019 en:https://www.academia.edu/8743031/Bicicletas_generadoras_de_energi1

Google Sities, Historia del generador eléctrico, consultado el 29 de abril del 2019 en:https://www.luzplantas.com/historia-del-generador-electrico-parte-i/

Google Sities, Historia del generador eléctrico, consultado el 29 de abril del 2019 en:https://www.ecured.cu/Generador_el%C3%A9ctrico#La_Corriente_Directa



pj─104─en Generador Fitness

Summary

In Mexico, one of the main problems is overweight, this is caused by consuming calories and fats that are in junk foods and soft drinks.

When eating, we have become accustomed to feeding ourselves with soft drinks and scrap at meal time, so the fitness generator will be able to help you lose a few kilos and at the same time generate energy. The generator is composed of several materials that are: a manual treadmill, this is a treadmill, but instead of using energy the tape moves when running. The dynamo is an energy receiver that when turned by the gear generates electricity, this is another component of the fitness generator, besides it has a lamp connected to the dynamo. These are connected to the treadmill at the bottom right. After getting all the materials and connecting them to the treadmill, it generated enough energy when running, but only by making too much movement, when walking, no energy was generated.

When the project was done we made a prototype that used the same materials but this generated energy with the hand. The prototype replaced the lamp that was connected to the dynamo with a red led. We assembled it with a wooden board, this had the gears in a glass capsule connected to a piece of iron, to be able to spin the gear, and this was connected to the dynamo, so as the gears turned on the LED focus.

Research Question

How could energy be generated from the movements?

Problem approach

Mexico is one of the main overweight countries because of the lack of exercise and the poor diet we have. One of the main problems in our country is the unnecessary expenditure of energy, this is the maintenance of energy today, such as leaving aside electronic devices, leaving the light on when it is not used.
Another cause of overweight, it is because people prefer to be in front of a screen than to be doing the exercise, which is harmed the health of people at the time of benefit.

Background

Objective

Generate energy from the fitness movement.

Justification

The electricity generator is used to generate energy using an operating mechanism. To improve the physical condition of people, it is usually thought to exercise or to feed healthily, but the generator of physical form not only brings this benefit or can also generate energy at the same time.
For many years a solution has been sought to counteract overweight but also the generator of energy to help improve physical condition, as well as allowing an energy to be able to charge a type of electronic device that uses batteries or energy.
This is one of the few ideas that can help to counteract the problems that are also given to several communities with overweight and unnecessary energy expenditure.

Hypothesis

If we can generate energy from the movement, we could reduce energy expenses and at the same time improve our physical condition.

Method (materials and procedure)

Materials:

  1. One engage any size
  2. A cord that fits the         circumference of the gear
  3.  A manual treadmill
  4. One 12 volt cable
  5. One receiver power

Process:

Place the rope around the gear and join it.

Make a hole in the treadmill the size of the cable.

Open the treadmill.

Place the gear on the treadmill belt inside.

Close the treadmill when the cable is connected around the gear.

Connect the cable to the power receiver.

Results

We got a generator of energy with a treadmill manual of 1.25 meters and on the bottom had a tape of 80 cm also has a receiver that was formed with a gear to the left of 1 cm in circumference that is placed in the bottom right corner of the tape, also is connected to a lamp.

 

Discussion

Conclusions

When we ran on the treadmill, generated energy as we move faster more electricity and moving tape the treadmill, the lamp was lit thanks to the electric current that stores the receiver and turned this power to turn on the lamp.

Bibliography

Google Sities, History of the electric generator, accessed April 29, 2019 at: https: //sites.google.com/site/generadenergiaelectrica/home Google Sities, History of the electric generator, accessed April 29, 2019 at: https : //fbancoff.wordpress.com/2015/05/24/generador-electrico/

Google Sities, History of the electric generator, accessed on April 29, 2019 at: http: //dinamodelos.blogspot.com/2009/10/ operation.html

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Google Sities, History of the electric generator, accessed April 29, 2019 at: https: / /www.luzplantas.com/historia-del-generador-electrico-parte-i/ Google Sities, History of the electric generator, accessed April 29, 2019 at: https: //www.ecured.cu/Generador_el%C3% Electric # La_Corriente_Directa