Bicicleta generadora Milton Montes Gallardo Salvador Aguilera Contreras Elvira García Mora Facultad de Ingeniería Mecánica Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo México

Objetivo Utilizando un prototipo mecánico y eléctrico ilustrar algunos de los diferentes tipos de energía que existen en la naturaleza. Distinguir los tipos de energía que se pueden considerar más útiles. Reconocer que los alimentos son la fuente de energía para el mecanismo más perfecto que existe: nuestro cuerpo. Objetivos especificos Conocer un generador eléctrico, un sistema de transmisión mecánica y un sistema de conducción de la energía eléctrica. En la naturaleza toda la materia está dotada de energía, es decir tiene la capacidad para realizar un trabajo y existen muchas formas de encontrarla, además tiene la propiedad de ser indestructible, entonces no la perdemos. Podemos decir que una forma de energía es más útil que otra de acuerdo con las aplicaciones que podamos hacer de ella, por ejemplo: los alimentos contienen un tipo de energía que nuestro cuerpo transforma cuando comemos; entonces la energía de los alimentos que tomamos no se pierde, nuestro cuerpo la transforma en diferentes formas de energía nuevamente, como en energía para caminar, para ver, para estudiar, en fin, para hacer funcionar nuestro cuerpo. Las máquinas son objetos que transforman algún tipo de energía en otra y pueden clasificarse tomando como base el tipo de transformación que realizan, pero como algunas formas de energía son más útiles que otras, entonces podemos decir que existen máquinas más útiles que otras. En la mayoría de los lugares se cuenta con energía eléctrica, podemos decir que esta es la forma de energía más útil que hasta nuestros días se conoce, debido al gran número de aparatos que emplean este tipo de energía para funcionar; en nuestra casa,

la mayoría de los aparatos domésticos son transformadores de energía eléctrica, es decir los conectamos a la red eléctrica, entonces el aparato ocupará la energía eléctrica para producir un movimiento específico o bien para producir calor o frío. Por ejemplo, la licuadora utiliza la energía eléctrica para girar rápido y con fuerza sus cuchillas y triturar los alimentos que introducimos en el vaso, la batidora transforma la electricidad en movimiento giratorio de sus aspas para incorporar alimentos, también el refrigerador y la plancha son un ejemplo muy claro de la transformación de la energía, ya que éstos transforman la electricidad en frío y calor respectivamente. Por lo tanto, las máquinas que transforman algún tipo de energía en energía eléctrica son muy importantes, de hecho casi todos los aparatos que hay en tu casa no funcionan cuando “no hay luz”, pero como son pocas las ocasiones en que el servicio de energía eléctrica falla olvidamos cuánto dependemos de ella. La energía eléctrica consiste en el movimiento de cargas eléctricas (en particular electrones), pero ¿cómo hacemos que éstas cargas se muevan? Para transformar algún tipo de energía en electricidad usaremos un generador, ésta máquina nos permite transformar la energía mecánica, en este caso el movimiento en energía eléctrica. La energía mecánica la proporcionaremos con ayuda de nuestro cuerpo, la energía de los alimentos que consumimos nos permitirán pedalear con fuerza la bicicleta, de esta manera, con nuestros pies daremos un movimiento de rotación a las llantas para accionar el generador. Dentro del generador hay un imán muy potente que atrae objetos de metal, en medio del imán está la pieza metálica que se moverá venciendo la fuerza de atracción que el imán ejerce sobre ella, al percibir el movimiento giratorio del metal el imán hace que las cargas eléctricas se muevan, o sea que tenemos movimiento de electrones, lo cual es lo mismo que ¡electricidad! El imán que se localiza en el interior del generador funciona con electricidad, es decir se trata de un electroimán, un tipo especial de magneto no permanente (en ocasiones especiales funciona como imán y si no se cumplen esas condiciones no lo hace) que utiliza la energía eléctrica para formar un campo magnético y poder atraer objetos metálicos, entonces si no se le suministra corriente eléctrica no hay atracción y el generador no puede transformar la energía, por lo tanto se utiliza la batería para proporcionar al electroimán del generador la electricidad que necesita para atraer al metal, para funcionar como imán. El movimiento puede llevarse a lugares lejanos de donde se origina, esto se logra con piezas que pueden ser de metal o de plástico, como los rodillos, las bandas, las poleas, por citar algunas. Entonces, utilizando algunas de estas piezas llevaremos el

movimiento desde la llanta trasera de la bicicleta hasta el generador, a esto se le llama un sistema de transmision. Se coloca un rodillo en contacto con la llanta de la bicicleta, de manera que el rodillo tiene alrededor una banda que a la vez se coloca alrededor de una polea que se encuentra en el generador, por lo tanto el movimiento giratorio de la llanta se lleva hasta donde se encuentra el generador para que ahí se transforme en electricidad.

Fuerza aplicada sobre los pedales de la bicicleta. Movimiento giratorio de la llanta. Movimiento conducido al generador por medio del sistema de transmisión. Batería que proporciona la energía eléctrica al electroimán. Lámpara. La energía eléctrica puede almacenarse durante cierto tiempo en una batería, de la que se puede disponer en el momento que se necesite, además de proporcionar al electroimán del generador la corriente eléctrica necesaria para funcionar como magneto. La batería empleada se conoce como acumulador que almacena la energía eléctrica en forma de energía química, de manera que al momento que deseemos disponer de la energía de la batería se lleva a cabo dentro de ella la transformación de la energía química de las sustancias que tiene en su interior en la energía eléctrica que finalmente utilizaremos para poner en funcionamiento del electroimán del generador.

En la lámpara se lleva a cabo otra transformación de energía, como la electricidad no la podemos ver, pero en cambio podemos observar los efectos de ésta, la lámpara proporciona un bonito y vistoso efecto. La energía eléctrica que llega a la lámpara se transmite por cables de metal muy delgados, entre los cables se tiene un trozo de tungsteno, que es un metal especial que permite calentarse hasta llegar a un tono amarillo casi blanco que irradia luz, entonces la electricidad se transforma en luz, es decir la lámpara transforma la energía eléctrica en energía luminosa.

Actividad Dentro del marco de las actividades del XII Tianguis de la Ciencia que se celebra en las instalaciones de nuestra universidad se presentó el prototipo dirigido a los asistentes de todas las edades. De manera que de los grupos visitantes se solicita un voluntario que nos ayudará pedaleando la bicicleta. Se expone el método de transformación de la energía que los alimentos proporcionan a nuestro cuerpo hasta la energía eléctrica, la cual no es visible por lo que se tiene la lámpara para mostrar los efectos de la electricidad, que sí son visibles. La batería se conecta de forma que permita únicamente transmitir la energía sin guardarla y proveer al electroimán del generador de la energía necesaria para funcionar, así la lámpara se apagará en el momento que cese el suministro de corriente eléctrica, siendo más clara la visualización del fenómeno de transformación de energía que se logra con el prototipo. Al momento que el voluntario inicia a pedalear el electroimán no tiene energía eléctrica que le permita funcionar como imán y el metal dentro de el generador puede girar con libertad, entonces la fuerza que se aplica sobre los pedales de la bicicleta es la que normalmente se aplica cuando nos desplazamos comúnmente con ella, en éste momento ocurre únicamente transformación de la energía que nuestro cuerpo adquirió de los alimentos en movimiento giratorio de las ruedas de la bicicleta. Al proveer de energía eléctrica al electroimán se aprecia que éste trata de halar el metal que se encuentra en su interior y que a su vez se tiene unido por medio del sistema de transmisión a la rueda trasera de la bicicleta, en éste momento se dificulta el pedalear la bicicleta, porque se debe aplicar un esfuerzo adicional para vencer la fuerza de atracción ejercida por el imán. Es notable el efecto del electroimán en funcionamiento. Pero los compañeros de nuestro voluntario lo animan para continuar y lograr encender la lámpara.

Después de un corto tiempo de pedalear a una velocidad casi continua se hace visible la transformación de la energía en la lámpara, inicia con una luz débil que se intensifica a medida que el voluntario pedalea con mayor fuerza y continuidad, al tiempo que sigue siendo animado por sus compañeros, en este momento el grupo crece, los visitantes que pasan por el lugar de la exposición se acercan. En tres ocasiones el voluntario pedaleó con tal fuerza que la energía suministrada a la lámpara fue tanta que lo fundió, por fortuna contábamos con lámparas de repuesto y se adicionaron un juego de fusibles para continuar con la exposición por varias horas más. Resultados El hecho de contar con la bicicleta hacía atractivo el prototipo, los visitantes se acercan sin necesidad de hacerles invitación y los grupos permanecían hasta el momento que todos experimentaban personalmente la oposición que el imán ofrecía sobre la rueda de la bicicleta, también competían entre compañeros para ver quién prendía más la lámpara, esto nos pareció interesante y representó una forma más de presentar el proyecto. Definitivamente los asistentes se divirtieron y se contó con la participación de niños, jóvenes y adultos, todos con la inquietud por comprobar si lograrían vencer la fuerza del electroimán y prender el foco. La propuesta más importante la recibimos de adultos consistió en hacer la investigación necesaria para comercializar el prototipo y llevarlo a zonas rurales donde carecen de energía eléctrica o donde el suministro es complicado y reducido, así como de gimnasios que “desperdician” la energía de las personas que acuden a ejercitarse. Cabe mencionar que se dio inicio al estudio de mercado para el producto y los dueños de gimnasios entrevistados se muestran muy interesados en adquirir éste producto. Bibliografia Halliday, Resnick, Krane. Física, CECSA. Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, Mc Graw Hill. Mileaf. Electricidad, LIMUSA