Generador eléctrico accionado por fuerza humana: una - UAM-I

Generador eléctrico accionado por fuerza humana:
una nueva alternativa de generación de energı́a
A. Osorio
Academia de Ingenierı́a Mecánica Eléctrica Universidad Juárez Autónoma de Tabasco.
arturo.osorio@daia.ujat.mx
to nos lleva a buscar formas alternativas de generación de electricidad.
Recibido: 01 de marzo de 2007
Aceptado: 16 de abril de 2007
Resumen
Con este trabajo se pretende dar una visión general sobre la generación de energı́a eléctrica que puede hacerse con el desgaste fı́sico que hacemos al ejercitarnos. Se presenta también la propuesta de un
proyecto integral de ahorro de energı́a denominado “Da luz a tu parque y salud a tu cuerpo” gracias al cual se tratará de incentivar a los fabricantes
de aparatos de gimnasios para que apoyen el desarrollo de proyectos que lleven al aprovechamiento de esta energı́a.
Son bien conocidas las tecnologı́as de generación por
energı́a solar, eólica y térmica, sin embargo, son tecnologı́as costosas. Por lo que se impone la necesidad
de buscar fuentes alternativas de energı́a que resulten más baratas. A continuación exponemos la experiencia de ensamblar un alternador a un aparato de ejercicios fı́sicos.
Principio de funcionamiento
Consideraremos el caso de la bicicleta estacionaria,
es conocido el hecho de que en las piernas tenemos nuestra mayor fuerza muscular, consideremos
la fuerza aplicada sobre el pedal de una bicicleta como se muestra en la figura.
Introducción
Actualmente los avances tecnológicos han hecho que
la vida del hombre sea mas cómoda y menos desgastante fı́sicamente, por lo que para mantener un
cuerpo sano se han buscado nuevas formas. Una
de ellas es a través del ejercicio, sea en casa o en
gimnasios.
Cada uno de los aparatos presentes en un gimnasio
puede considerarse como una fuente de energı́a. La
bicicleta fija por ejemplo fortalece piernas, muslos,
brazos y abdomen.
El par generado por esta fuerza está dado por:
Para el caso que presentamos en este trabajo se
usó una bicicleta fija a la cual se le adaptó un alternador conectado a un acumulador de automóvil obteniéndose resultados satisfactorios que sirvieron de
base para presentar un proyecto de beneficio comunitario en una localidad del estado de Tabasco.
T =F ×d
La fuerza promedio que podemos aplicar los adultos
sin distinguir sexos es de 30 Kg (66 lb), por lo tanto
el par es de 6Kg-m si logramos una velocidad de una
rps o 6.2832 rad/seg La potencia suministrada por
el ejercitante la podemos calcular de:
Alcance Socioeconómico
Un problema grave que enfrentará México es la generación de energı́a eléctrica. Según información de
la Comisión Federal de Electricidad, el paı́s enfrentará un colapso energético en un futuro cercano
(aproximadamente diez años). Invariablemente es-
Pm = T × w
donde T es el par en N-m w es la velocidad angular
en rad/seg y P se da en Watts.
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Con estos valores P es de 370 W, casi 12 H.P. si tomamos en cuenta un gimnasio como el de la UJAT
con veinte bicicletas estacionarias estamos considerando la posibilidad de que estamos desperdiciando casi 7.5 KW.
Utilizar esta energı́a no es nada nuevo, en el museo
tecnológico de la ciudad de México se puede observar una BI ensamblada con una dı́namo que hace encender un foco, lo mismo que en el museo del Papalote, y en muchas instituciones educativas se ha implementado, sin embargo no se le ha dado una visión integral como una nueva alternativa de ahorro de energı́a y esa experiencia es lo que queremos transmitir aquı́.
De una manera muy rústica y con pocos recursos es
posible adaptar un alternador-rectificador mediante
un sistema mecánico para lograr la transmisión de
energı́a como se observa en la figura siguiente.
ContactoS 65, 13–15 (2007)
Pe = V × I
La potencia generada por el ciclista se determina con
un Torquı́metro y el tacómetro propio de la bicicleta.
La eficiencia está determinada entonces por:
N=
Pe
Pm
Luego es posible conectar a la baterı́a un convertidor
de CD a CA para utilizar esta energı́a directamente
a la carga.
Por otra parte la relación de velocidades entre la “catarina” del pedal y la polea del generador está dada por:
wg = wp
(Rcp × Rr)
(Rcr × Rp)
donde :
wg es la velocidad en rpm del generador.
wp es la velocidad en rpm pero para el pedal
Rcp Radio de catarina de pedal
Rcr Radio de catarina de rin
Rp Radio de polea del generador
Rr radio de polea mayor o rin.
En el diagrama de bloques siguiente se observan los
componentes del sistema.
Si wp=60 rpm, Rcp=10 cm, Rcr= 3 Rr=25 Rp=2.5
wg resulta ser de 2000 rpm. Que es del orden de
trabajo de un alternador de automóvil, quedando
resuelto el problema mecánico.
Perspectivas de desarrollo
Apoyándonos con estudiantes de la carrera de Relaciones Comerciales de la UJAT se hizo una encuesta en la ciudad de Villahermosa. Considerando dos
mil encuestados adultos se obtuvieron los siguientes resultados.
135 tienen bicicletas estacionarias en casa
102 acuden regularmente al gimnasio
863 de los restantes les gustarı́a tener en los parques este tipo de aparatos.
El voltaje en las terminales del rectificador y la corriente que demanda el acumulador se puede medir muy fácilmente con un multı́metro.
Y con estos valores se puede calcular la potencia
eléctrica de la siguiente forma:
Como puede observarse si en una ciudad de un millón
de habitantes considerando cien mil adultos y el diez
por ciento de ellos dispuestos a hacer ejercicio 21 hora
en una bicicleta estacionaria estamos hablando de
una Potencia de 3.7MW y una energı́a de más de
1800 KW/hora que bien vale la pena recuperarlos.
Generador eléctrico accionado por fuerza humana. . . A. Osorio.
Pero desde luego que el beneficio no es sólo por la
energı́a que se recupere también involucra crear una
conciencia de salud y aprovechamiento de recursos a
través del ejercicio y el gusto por cultivar el cuerpo.
Los fabricantes de bicicletas también lo pueden ver
desde un punto de vista comercial, pues pueden ofrecer un producto que con una pequeña diferencia en
el costo le de al comprador la posibilidad de controlar la potencia al freno del aparato y al mismo
tiempo sentir la satisfacción de que la grasa que se
está quemando es beneficio para otros.
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Conclusión
Como se vio en esta exposición se está usando un alternador de automóvil, el cual desde luego no es
el apropiado, sin embargo el proyecto se ha arrancado y esta dando buenos resultados, lo que sigue
es precisamente diseñar los generadores apropiados
para esta labor, lo que esperamos lograr en breve
tiempo.
cs
En el municipio de Macuspana, Tabasco conjuntamente con el DIF municipal se está proponiendo llevar a cabo el proyecto denominado “Da luz a tu parque y salud a tu cuerpo” en el que la idea central
es ubicar en los parques de cada poblado de más
de 500 habitantes “unidades generadoras” para apoyar el alumbrado público. En una prueba piloto con
dos o tres unidades montadas en la cabecera municipal se ha podido observar la respuesta por parte de la población.
Fe de erratas
En el artı́culo La curva de tolerancia a la glucosa oral. Un enfoque alternativo, publicado en la pág. 21
del No. 64, se omitió la figura 6 a la cual se hace referencia en el siguiente párrafo:
Una vez calculada la señal g(t), es posible calcular dg(t)/dt. Con estas dos señales, se construye la
representación espacial que se muestra en la figura 6. Puesto que la proyección de la representación
espacial sobre cada uno de los planos coordenados genera las señales:
g(t) · vs · t
dg(t)/dt · vs · t
dg(t)/dt · vs · g(t)
esta representación espacial contiene toda la información de la dinámica de la glucemia, y se propone
como una forma alterna de analizar la CTGO.