Cargador de Celular en Bicicleta

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CARGADOR DE CELULAR EN UNA BICICLETA 1.- ANTECEDENTES DEL PROBLEMA “El fenómeno del cambio climático ha dejado de ser una teoría se ha convertido en una realidad. Cada día somos testigos de los efectos devastadores del incremento de la temperatura del planeta.” Juan José Guerra Abud, Secretario de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Conscientes del problema del cambio climático, hemos optado como equipo en realizar un proyecto que ayude a la causa de reducir el cambio climático. Si a un motor le aplica energía eléctrica, como resultado nos entregara una energía mecánica, y si en cambio a un motor le entregamos energía mecánica, como resultado nos entregara energía eléctrica, bajo este principio funcionan los generadores eólicos. Cuando utilizamos una bicicleta generamos energía mecánica por medio del movimiento de nuestras piernas, esta energía, está ahí presente, podemos aprovecharla por medio del uso de un alternador o un dinamo, el cual trabaja bajo el mismo funcionamiento del generador eólico.

2.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Es Posible que la energía humana sea utilizada para generar electricidad y utilizarla? Nuestra civilización se ha lanzado históricamente sobre cualquier fuente de energía disponible, como el viento, el agua las velas, el vapor, la combustión de líquidos y hasta la fusión y fisión del átomo. Hoy la electricidad aporta la energía a un gran porcentaje de las necesidades humanas (especialmente, en el ámbito doméstico). Pero para la producción de electricidad se han descubierto otras formas más sostenibles que el altamente contaminante petróleo y la peligrosa radiactividad: son las llamadas energías renovables (la fotovoltaica, la eólica, la mareomotriz, etc.). Respondiendo a la pregunta principal, ¿es posible hacer eso, generar electricidad y hasta utilizarla, todo ello con nuestro cuerpo?, pues la fuerza mecánica o el movimiento de los humanos cuando realizamos una actividad en una bicicleta se puede utilizar, convirtiéndola en energía mecánica. 3.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN   

Verificar si el mecanismo en la bicicleta puede ayudar a convertir la energía del cuerpo en energía eléctrica. Investigar cuanta energía será necesaria para mover el mecanismo de la bicicleta y generar electricidad. Analizar si es posible utilizar esa energía para recargar algún dispositivo electrónico, como un celular, mp3 o alguna batería.

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Determinar cuanta energía se puede generar en cierta distancia recorrida o en ciertas pedaleadas. Analizar si el tipo de diseño del plato de la bicicleta ayuda en la generación de la electricidad. Analizar si es posible que la energía generada con ayuda del mecanismo de la bicicleta puede utilizarse en alguna otra área

4.- FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS O SUPUESTOS ¿Qué conocimientos nos generara este proyecto e investigación? Al estar investigando sobre el tema de los generadores eléctrico, de los dinamos, llegamos a un punto en donde n encontramos datos sobre la energía que produce un generador pequeño como el dinamo que utilizan las bicicletas, solo teníamos la información que viene en la caja donde se vende el dinamo, que en funcionamiento dará 6 Volts. Los conocimientos que creemos encontrar en base a esta investigación son Que energía nos entregara el dinamo respecto a la velocidad a la que movamos la bicicleta. Además comprobaremos la teoría de que con esa energía, podemos recargar batería de nuestros celulares o mp3.

5.- JUSTIFICACIÓN: IMPACTO SOCIAL, TECNOLÓGICO, ECONÓMICO Y AMBIENTAL. VIABILIDAD DE LA INVESTIGACIÓN Este tipo de dispositivos que cargan las baterías de los celulares por medio de una bicicleta, ya son comunes en Europa, ya que el nivel de conciencia sobre el cambio climático , la sustentabilidad, y la eficiencia energética son mayores respecto a los que tenemos aquí en México, incluso aquí en Aguascalientes. Sabemos que ya existe pero casi nadie lo compramos solo traemos en nuestras bicicletas pero al ponerlo a la venta en un buen precio, además de que aquí en pabellón, hay un punto muy importante que podemos abordar, los Bicitaxis, este tipo de transporte anda de una lado para otro generando energía mecánica, que podemos convertir en energía eléctrica, esta idea ellos mismos la pueden incluso ofrecer como servicio, al momento de llevar a los clientes a su destino ofrecer cargar los celulares de ellos mientras hacen el traslado, creemos que es una idea excelente. Este dispositivo tiene una eficiencia energética del 100%, ya que no se conecta a la electricidad comercial, genera su propia electricidad, cada vez que se usa hasta se reduciría la electricidad que gastamos en nuestras casas al cargar nuestros celulares. Además de tener una eficiencia energética de 100%, no genera ningún tipo de emisión toxica al medio ambiente, ayudando a la reducción de las emisiones de causan el efecto invernadero, que tanto busca el Protocolo de Kioto, del cual México es participe. Abordando la el tema de la salud, al instalar un dimano, la bicicleta se hace un poco más pesada, por lo tanto el esfuerzo físico será un poco más a esfuerzo normal que realizamos en una bicicleta, pero eso será benéfico para

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Taller de Investigación Ingeniería en Mecatrónica nuestra salud, ya que al hacer mayor ejercicio nuestra condición física incrementara más, así como nuestros músculos de las piernas crecerán más.

6.- DISEÑO DEL MARCO TEÓRICO (REFERENTES TEÓRICOS) Baterías los celulares o mp3: el voltaje necesario para poder recargar estas baterías, es de 5V, al conectar nuestros celulares con nuestro cargador de fábrica o al conectarlos a la pc, es el voltaje que nos entregara. ¿Pero porque ese voltaje? Simplemente porque al tener una diferencia de voltajes, el voltaje de 5V fluirá a la batería de un celular, cuyo voltaje es de 3.7V, pero si alimentamos nuestro celular con más de 5V, la batería se sobrecalentara, dañándose o incluso llegara a explotar. Dinamo de Bicicleta: Las denominadas dinamos han sido ampliamente utilizadas por los ciclistas durante años. Gracias a la dinamo, que genera energía eléctrica, los ciclistas han podido circular por las noches por la carretera con una mínima iluminación. En realidad, las denominadas dinamos de bicicleta son alternadores, ya que consisten en un imán, solidario al eje de giro, y una bobina estática, sin delgas, ni escobillas, que rectifiquen la corriente. La corriente así producida es alterna y no continua, a pesar de ello, tradicionalmente, se les ha llamado dinamos. Con los conocimientos que hemos adquirido en la materia de electrónica analógica, sabemos que un dinamo nos entregara corriente alterna, y la energía necesaria para cargar las baterías es corriente directa. Sera necesario hacer la conversión de esa corriente para poder usarla en la carga de nuestros celulares, además de nuestro circuito necesitaremos limitar la energía con la cual alimentaremos la batería de los celulares. Ya que en la adquisición del dinamo no dice que entrega 6V de salida. Para ello necesitaremos los siguientes componentes: Puente rectificador: Es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente alterna en corriente continua. Capacitor de 1000 mf: la función del capacitor es reducir los picos de corriente que salen del puente rectificador convirtiendo la corriente un poco más lineal. Regulador de voltaje: Es un dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de tensión constante, en nuestro caso será de 5V Diodo zener: este dispositivo lo pusimos como protección, ya que si sale una corriente grande, este la limitara, y solo dejar pasar el valor que se necesite. Además necesitaremos complementos adicionales para montar el circuito: Además Placa fenólica: Es placa perforada para instalación de circuitos entre otros tales como: resistencia, capacitor, transistor etc.

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Taller de Investigación Ingeniería en Mecatrónica Jack USB: Dispositivo que permite procesar la señal de carga precedente de la computadora y enviarla a dispositivos externos (puerto USB).

7.- Bosquejo del método.

Este será que hemos diseñado para convertir la corriente alterna en directa, y limitar la el voltaje a solo 5V. Primero los que hicimos es medir cuanto voltaje es capaz de entregar nuestro dinamo, si solo entrega los 6V que dice en el mismo.

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Nos percatamos que la información que el dinamo solo entregaba 6V era falso, conforme avanzamos la velocidad, o las revoluciones de la llanta se generaba un voltaje mayor .incluso llegando a generar más de 30 Volts, esto es genial 30 volts de electricidad solo con pedaleadas y un pequeño dinamo Pero para cargar un celular solo necesitamos 5 Volts, entonces armaos el circuito para convertir ella corriente el directa.

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Ya instalado el circuito en una protoboard, procedimos a comprobar que funcionara.

Efectivamente nos el voltaje que necesitamos. U acosa que nos percatamos, es que cuando el circuito esta sin diodo zener, y solo tenemos el regulador de voltaje y vamos a una velocidad alta, entra en saturación, y empieza aumentar el voltaje a más de 5 volts llegando hasta 10 volts, es por eso que colocamos un diodo zener de 5.7 volts con protección.

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Taller de Investigación Ingeniería en Mecatrónica Entonces hicimos una prueba para comprobar si si funcionaba el circuito, y cargamos la batería de un celular el cual se encontraba apagado, y efectivamente al los cuantos segundo de estar cargándose se encendió.

. Con la seguridad de que el circuito funcionaba, se procedió a montar el circuito en una placa fenólica, para hacerlo portátil y poderlo fijar en la bicicleta.

Posteriormente se volvió a realizar una prueba, para comprobar que el circuito funcionara correctamente.

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Y efectivamente el circuito está funcionando correctamente. A este punto del proyecto estábamos tan satisfechos, porque tanto revolvernos la cabeza con las ideas de como diseñar el circuito, y de si funcionara. Ya verificado que funcionara el dispositivo, continuamos montando el dispositivo en una bicicleta. Se montó en una bicicleta pequeña para comprobar que si en ella se puede generar el voltaje necesario para cargar nuestro celular, en cualquier otra bicicleta con llantas con un diámetro mayor también se podrá

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. Y pues ya tenemos la última prueba, y el resultado final.

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Taller de Investigación Ingeniería en Mecatrónica Las conclusiones que llegamos después de haber realizado en este proyecto, es que podemos generar hasta 30 volts con un dinamo, dependiendo de la velocidad a la que movamos la bicicleta. He aquí la tabla que obtuvimos con el dinamo, moviendo la bicicleta a diferentes velocidades. Bicicleta 1 Radio de la llanta =32 cm = 0.32m Circunferencia de la llanta = 2π*r = π*2*(0.32)=2m 1 vuelta de la llanta = 2m = 1 pedaleada

Pedaleadas por minuto

Distancia recorrida

Velocidad en m/s

Velocidad en km/h

Voltaje generado

20 30 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 110 120 140 160

40 m 60 m 80 m 90 m 100 m 110 m 120 m 130 m 140 m 160 m 180 m 200 m 220 m 240 m 280 m 320 m

0.66 1 1.33 1.5 1.66 1.83 2 2.16 2.33 2.66 3 3.33 3.66 4 4.66 5.33

2.37 3.6 4.78 5.4 5.97 6.58 7.2 7.77 8.38 9.57 10.8 11.98 13.17 14.4 16.77 19.18

2.3 3.1 4.2 5.3 6.6 7.4 8.7 9.5 10.4 11.9 12.9 13.8 14.6 15.05 17.5 19.5

Al final de este proyecto llegamos a las concusiones de que el mecanismo en la bicicleta puede ayudar a convertir la energía del cuerpo en energía eléctrica, de que si es posible utilizar esa energía para recargar algún dispositivo electrónico, como un celular, mp3 o alguna batería, de que dependiendo de la velocidad y distancia recorrida, o pedaleadas se va a generar cierto voltaje. Y que el voltaje que se puede generar con un dinamo se puede utilizar en otras áreas, como encendiendo electrodomésticos, focos o lámparas, y como ya vimos cargar baterías.

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8.- Cronograma. 25/09 /14

Integración de equipos Toma de decisión de proyecto Investigación de antecedentes del proyecto Planteamiento del problema -Objetivos de la investigación Investigación del proyecto Adquisición de materiales Armamos el circuito Prueba de su funcionamient o Mejoras al prototipo para que solo pase cierta cantidad de voltaje Prueba #1 checamos que el voltaje que está entrando es demasiado Prueba #2 el voltaje

29/09 /14

1/10 /14

6/10 /14

22/10 /14

27/10 /14

29/10 /14

3/11/ 14

10/11 /14

17/11 /14

24/11 /14

25/11 /14

X X X

X X X X

X

X

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Taller de Investigación Ingeniería en Mecatrónica requerido para cargar la pila es el adecuado Prueba # 3 la pila si está cargando Prueba # 4 a cierta distancia o tiempo de estar pedaleando la bicicleta es la carga de la pila del celular Prueba # 5 al estar 30 minutos arriba de la bicicleta nos dimos cuenta que si se está cargando la pila Armar o poner el circuito en la bicicleta ya fijo Resultados arrojados por la investigación

X

X

9.- Presupuesto

Componente

Precio

Dinamo

$ 80

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Taller de Investigación Ingeniería en Mecatrónica 1 capacitor de 1000 mf

$7

1 capacitor de 10 mf 1 diodo zener 5.1 1 regulador de voltaje de L7805 5v 1 puente rectificador 1 capacitor de 0.01 mf 1 placa fenólica de cobre 1 Jack USB hembra Cable Caja de plástico

$ 2.50 $2 $9 $8 $3 $ 15 $ 20 $ 10 $5

TOTAL

$ 161.50

10.- Fuentes consultadas . https://www.g20.org/g20_priorities/g20_2014_agenda/strengthening_energy_markets http://es.wikipedia.org/wiki/Dinamo_%28generador_el%C3%A9ctrico%29 http://es.wikipedia.org/wiki/Alternador_del_motor http://pnd.gob.mx/

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