“Estudio de la velocidad óptima de una bicicleta para generar electricidad”

“Estudio de la velocidad óptima de una bicicleta para generar electricidad”.

4º E.S.O I.E.S Meléndez Valdés

Índice:

 Resumen del trabajo.

 Antecedentes e investigaciones previas.

 Objetivo de la investigación.

 Metodología empleada.

- Fase A: Planteamiento de los procedimientos.

- Fase B: Búsqueda de información.

- Fase C: Incorporación de los conceptos necesarios.

- Fase D: Diseño del tema.

- Fase E: Realización de documentos.

- Fase F: Tratamiento de los datos obtenidos.

- Fase G: Obtención de conclusiones.

 Resultados obtenidos (Tabla y Gráfico).

 Expresión matemática.

 Conclusiones.

 Bibliografía.

 Información gráfica importante.

Resumen del trabajo:

La energía que producimos en una bicicleta se debe a la que se genera en la dinamo debido a la transformación de la energía mecánica a eléctrica. En este estudio determinamos a qué velocidad debemos ir para generar el máximo de electricidad con el mínimo esfuerzo.

Se medirá la velocidad en vueltas por minutos en el generador y las tensiones producidas para posteriormente plasmarlo en un gráfico que nos determine cuál es el funcionamiento idóneo del generador.

Antecedentes e investigaciones previas:

Antes de empezar debes estudiar como son los generadores y los tipos de electricidad y circuitos.

Se optará que los alumnos hagan sus propios grupos y elijan cualquier tema a estudiar según sus intereses.

Objetivo de la investigación:

El objetivo general de la investigación es demostrar cual es la velocidad ideal para producir electricidad con una bicicleta.

Un objetivo secundario es aprender como es la metodología para investigar sobre los procesos en general

Metodología empleada:

El método para llevar a cabo la investigación a grandes rasgos y según el orden cronológico es el siguiente:

El método de trabajo ha sido realizado en diferentes fases y estas a su vez en distintas subpartes:

Fase A: Planteamiento de los procedimientos de investigación y aplicabilidad en nuestro temario normal de clase. El profesor indica la idea de realizar distintos proyectos para producir electricidad con una bicicleta.

Fase B: Búsqueda por parte del profesorado de temas en los que podríamos aplicar los principios generales de la investigación y buscar más información para poder trabajar cómodos y con más conocimientos en el taller de tecnología.

Fase C: Incorporación al grupo de la clase de los conceptos necesarios para abordar nuestro objeto de estudio. Estudiamos los tipos de energías y sus transformaciones, también conceptos básicos para adquirir los conocimientos de la energía.

C.0.- Estudio en clase del concepto de energía y tipos de energías renovables y fósiles.

C.1.- Planteamiento de la situación energética en España y Extremadura, para ello se busca documentación en internet de la Comisión Nacional de la Energía, Ministerio de Medioambiente, Junta de Extremadura, Confederaciones Hidrográficas...

Fase D: Diseño del tema y prototipo a estudiar.

D.1 Propuesta del profesor: nos propone investigar sobre cómo y cuanta electricidad produce una bicicleta al desplazarnos, y de ella tomamos una serie de datos y medidas.

D.2 Búsqueda de información de las bicicletas para realizar las gráficas y tablas.

Fase E: Diseño del proceso de investigación.

E.1.-Preparación de la documentación necesaria para el análisis de la toma de datos y gráficas de valores. Preparamos hojas de datos que irán acompañando el documento.

E.2.-Preparación del equipo objeto de estudio. Puesta a punto de una bicicleta. Comprobamos si el funcionamiento de la bicicleta es el adecuado: buena fijación, engrase…

E.3.- Toma de datos de campo. Tomamos los datos en el aula con la ayuda de un polímetro y de un cronómetro. Medimos las vueltas de los pedales y la tensión que se produce en la dinamo.

Fase F: Tratamiento de datos obtenidos:

F.1.- Vaciado de datos y realización de gráficas y ecuaciones matemáticas que describan el funcionamiento de la bicicleta.

F.2.- Búsqueda de los fallos en las mediciones. Problemática asociadas. A medida que avanzaba el tiempo la velocidad aumentaba y llegó a un punto que era constante, la velocidad no aumentaba y disminuía.

F.3.- Decisión de las mejoras posibles, tomar varias medidas para ser más exactas y mejorar el funcionamiento del prototipo y de la toma de datos. Rozaba la rueda, no nos sincronizábamos bien entre el que daba vueltas a los pedales y el que cronometraba.

F.4.- Toma de datos con un polímetro y un cronómetro. Tomamos medidas varias veces para ver si eran correctas y comprobar que no había ningún error.

F.5.- Análisis de los datos obtenidos y dibujo de las gráficas adecuadas a la investigación.

Fase G: Obtención de conclusiones.

Una vez que hemos observado la gráfica podemos ver que con menos de 50 rpm no interesa, pues prácticamente no se genera electricidad, pero a partir de 60 rpm se empieza a generar casi un voltio. Después hay un intervalo que se estabiliza desde 100 a 180 revoluciones por minuto, es decir, no porque corra más genero más. Y por último pasando de 180 rpm el sistema no genera más, sino que ocurre todo lo contrario, por lo que suponemos que los rozamientos, desajustes entre la rueda y la dinamo, las pérdidas de calor…impide que se genere electricidad.

Datos obtenidos:

Los datos obtenidos experimentalmente han sido los siguientes.

TIEMPO

RPM

VOLTIOS

1min

0

0

1min

30

0,2

1min

50

0,55

1min

60

0,7

1min

120

1,2

1min

150

1

1min

180

1

1min

200

0,9

1min

210

0,85

1min

220

0,8

1min

240

0,6

Gráfico:

VOLTIOS00,20,40,60,811,21,4050100150200250300VOLTIOS

Discusión de la gráfica:

En el eje y va situado la revoluciones por minutos de la rueda, y en el eje x va situado los voltios generados

Hemos observado en general que con una medida entre 100 y 180 rpm el generador produce bastante bien un voltio.

Expresión matemática de la gráfica:

En el intervalo (0,50) V = 0,2, siendo V = voltios.

En el intervalo (50,100) V = 120/100* R, siendo R = revoluciones por minuto del eje del aerogenerador. Así se produce un máximo en 100; 1,2 voltios.

En el intervalo (100,200) V = 1 voltio con cierta estabilidad.

En el intervalo (200, infinito) la pendiente es negativa.

Cálculo de la velocidad lineal de la bicicleta ideal:

Haciendo un cálculo de la velocidad lineal de la bicicleta, podemos concluir que si la bicicleta tiene una rueda de 0,8 metros de diámetro, por cada vuelta que gire avanzará 3.14*0.8, es decir, la longitud de la circunferencia.

En un minuto avanzará 2.4 metros por 100 rpm (velocidad angular ideal) que es igual a 240 metros/min (0.24 Km) y en una hora (60 minutos) sería 14,400 km/hora, que es la velocidad ideal o más óptima.

Conclusiones:

En función de los datos obtenidos y según la gráfica adjunta, podemos observar las siguientes conclusiones:

- Para una velocidad menor de 50 revoluciones por minutos el sistema prácticamente no funciona.

- El rendimiento óptimo se produce a 100 revoluciones por minuto.

- De 50 – 100 la curva que se produce es (más o menos) proporcional.

- A partir de 100 la curva producida baja.

- La velocidad ideal para ir en la bicicleta y cansarnos lo mínimo y producir más, sería de 14.4 Km/hora

Referencias bibliográficas y páginas web consultadas:

Ib Troen & Erik Lundtang Petersen: El Atlas Eolico Europeo, Risoe National Laboratory, Risoe , Dinamarca, 1991, ISBN 87 550 1638 3 (Contiene consejos útiles para los cálculos de la velocidad , estadísticas, producción de energía en generadores, así como los fundamentos teóricos).

D.L.Elliott, C.G.Holladay, W.R.Barchet, H.P.Foote, W.F.Sandusky: Wind Energy Resource Atlas of the United States, Solar Energy Research Institute, Golden, Co, 1987.

¿Cómo funciona un generador?

Martin O.L. Hansen: Aerodynamics of Wind Turbines, Rotors, Loads and Structure, James & James Ltd., London 2000, ISBN 1-902916-06-9

...