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¡Poder del pedal! Cómo construir un generador de bicicletas

octubre 6, 2021

TJ Proechel

Soy un entusiasta del ciclismo, y cuando el Hace mal tiempo uso un entrenador de bicicleta en mi apartamento. Pero viajar a ninguna parte siempre se ha sentido inútil. Esto me hizo pensar en cómo podría usar mi pedaleo para producir electricidad. Al conducir un generador con el movimiento de la rueda trasera, pensé que podría encender una lámpara o cargar mi teléfono. Siendo realistas, esto no haría mucho por reducir mis facturas de servicios públicos (o emisiones de carbono), pero le daría a mi conducción en interiores un sentido de propósito. Además, tenía curiosidad por ver en qué consistía el proyecto.

Para adelantarme un poco, terminé adaptando mi bicicleta a un motor eléctrico de 24 voltios y 200 vatios, que modifiqué ligeramente para generar electricidad en lugar de hacer trabajo mecánico. Usé el motor (ahora, operacionalmente, un generador) para cargar una batería de plomo-ácido de 12 voltios. Y, finalmente, agregué un inversor para convertir la corriente CC de la batería en una corriente CA, que es lo que se necesita para alimentar cualquier cosa que normalmente enchufarías a un tomacorriente de pared y para almacenar energía para que puedas usar electrodomésticos incluso cuando no pedaleas.

Pedal al metal

Encontré muchos de los detalles de la compilación en Instructables, la comunidad de intercambio de proyectos en línea, donde el usuario saullopez52 había hecho básicamente lo que tenía en mente. Mientras realizaba una pasantía en una startup educativa en Los Ángeles, Saúl López desarrolló la idea como una forma de llevar proyectos de tecnología ambiental a las escuelas. Pensó que sería una forma divertida y de bajo costo de proporcionar a los estudiantes experiencia en ingeniería. «El componente de ejercicio fue lo que hizo que el proyecto fuera atractivo», dice. Además, agrega, «me gusta que el proyecto tenga mucho espacio para la personalización».

Eso es lo que hice: personalicé. Encontré una bicicleta de combinación de una sola velocidad / piñón fijo que funcionó bien, gracias a su capacidad para sostener un engranaje a cada lado de la rueda trasera. La cadena de la derecha es impulsada por los pedales, mientras que una cadena adicional a la izquierda hace girar el motor. En el lado que es impulsado por los pedales, utilicé una rueda libre, que hace girar la rueda cuando estoy pedaleando, pero le permite seguir girando hacia adelante, sin que la cadena se mueva, cuando estoy pedaleando o pedaleando hacia atrás. En el lado izquierdo de la rueda, coloqué un engranaje fijo, que gira en la dirección de la cadena siempre que la rueda esté girando.

Para mantener la bicicleta estable, dediqué un entrenador de bicicletas al proyecto. Lo bueno de los entrenadores comerciales es que puedes quitar la bicicleta fácilmente si quieres salir a dar un paseo. Pero también puedes construir tu propio stand; solo necesita una configuración que permita que el eje trasero gire libremente mientras levanta ligeramente la rueda trasera del suelo. Para preparar el soporte de la bicicleta para generar energía, quité la unidad de resistencia, que es el cilindro de metal giratorio que se frota contra la rueda para imitar la sensación de andar en el pavimento. (Una vez que conecte el motor, también sentirá resistencia a medida que genera una corriente, pero realmente no requiere mucho esfuerzo).

Con la unidad de resistencia desaparecida, había espacio para colocar una tabla de madera que se extendía desde la parte trasera de la bicicleta, para sostener el motor, la batería y el inversor. Debido a que estaba usando un tablero estrecho (un 2 x 4), necesitaba agregar una barra transversal para sostener el equipo eléctrico. (Nota: antes de colocar algo, debe medir qué tan lejos se extiende la cadena desde la parte trasera de la bicicleta. Coloque el motor de manera que una cadena del lado izquierdo del buje trasero corra paralela a la rueda, directamente hacia el motor. Correa trapezoidal, debe medir con precisión; con una cadena, puede agregar y quitar eslabones con una herramienta de cadena).

Con el motor atornillado en el centro de la barra transversal, coloqué la batería y el inversor a cada lado como contrapesos entre sí. Eso ayudó a mantener la barra paralela al suelo. Los aseguré con velcro de resistencia industrial, que se sostenía cuando estaba moviendo el artilugio pero me permitía manipular las piezas.

Antes de conectar cualquiera de los componentes eléctricos, probé la conexión entre la bicicleta y el motor para asegurarme de que el pedaleo realmente hiciera girar el eje del motor. El eje del motor que utilicé está ligeramente ranurado y la cadena se agarró bien. Si te encuentras con un motor que se niega a girar, puedes conectar un piñón al eje, garantizando que la cadena tendrá un buen agarre.

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TJ Proechel

(Ilustración de Phil Laughlin)

Volviéndose eléctrico

Un motor está diseñado para girar en lugar de hacerlo girar. Por lo tanto, cuando se conecta a una batería cargada, querrá extraer energía de la batería para girar la rueda de la bicicleta. Para evitar que la electricidad fluya de manera incorrecta, inserté un diodo entre el motor y la batería. Un diodo dirige una corriente en una sola dirección, desde el ánodo al cátodo; en mi circuito, el ánodo se enfrenta al terminal positivo del motor, mientras que el cátodo se enfrenta al terminal positivo de la batería. Envolví los extremos del diodo alrededor del cable expuesto del motor y un cable de prueba con punta de pinza de cocodrilo, que se sujeta a la batería, y aislé las conexiones con cinta aislante. Luego conecté el cable negativo del motor directamente al terminal negativo de la batería.

Idealmente, la batería debe mantenerse cargada por encima del 50 por ciento, pero para evitar que se corroa, no continúe suministrándole electricidad después de que esté completamente cargada. Para vigilar esto, conecté un multímetro a los terminales de la batería. Tenga cuidado de configurar el multímetro en la medida correcta: 12 voltios en el rango de CC (aunque, si no está disponible, elija el siguiente número superior a 12). Pasé por alto la configuración en mi primer viaje y el multímetro se convirtió en humo.

También usé un multímetro para controlar la fuerza con la que necesitaba pedalear. Para cargar la batería, quería que el generador apagara de 13 a 14,5 voltios. Al mantener mi ojo en el multímetro mientras conducía, pude tener una buena idea de esto. (En retrospectiva, habría valido la pena comprar un regulador de voltaje para poder pedalear tan fuerte como quisiera sin alimentar demasiado voltaje a la batería).

El último paso fue conectar los cables del inversor a la batería. Al elegir un inversor, asegúrese de que pueda manejar la carga máxima máxima que anticipa. (Las cargas se miden en vatios, que es una unidad de potencia). Como no estaba planeando hacer nada más extenuante que encender una lámpara de 100 vatios, compré un inversor con una potencia nominal de solo 200 vatios.

Cuando estuvo todo armado, pedaleé mi bicicleta y la corriente fluyó. Aún mejor, si tuviera algunas baterías a mano cuya carga supervisara mensualmente, podría almacenar suficiente energía para alimentar pequeños dispositivos electrónicos durante un apagón. Y sí, el generador hizo que andar en bicicleta bajo techo fuera divertido. Sin embargo, después de un tiempo, la plataforma hizo que mi apartamento se sintiera bastante estrecho, especialmente porque ya tenía otras dos bicicletas. Afortunadamente, llamó la atención de un vecino que tenía algo de espacio extra y que estaba feliz de llevarse el artilugio. Y ahora, cuando quiero cargar mi teléfono mientras hago ejercicio, sé exactamente a dónde ir.

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Un diodo mantiene la electricidad fluyendo desde el motor a la batería en lugar de viceversa, como lo haría normalmente.

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Una segunda cadena en la bicicleta va desde el engranaje trasero hacia atrás para hacer girar el motor.

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Donde la energía mecánica se convierte en la electricidad que se almacena en la batería.

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Esa electricidad se convierte de CC a CA mediante un inversor para que pueda alimentar electrodomésticos normales.

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