Proyecto Energy Bike: Funcionamiento y Optimización de un Bicigenerador

Muchas personas han construido bicigeneradores y han publicado manuales en línea y en libros. Sin embargo, cuando nos propusimos hacer nuestra propia máquina, descubrimos que estos manuales son incompletos cuando se trata de hacer que el generador sea práctico de usar. Para intentar hacer que la producción de energía humana sea más útil, construimos no solo un bicigenerador, sino también un panel de control en forma del “tablero” adjunto al manillar.

El tablero permite alimentar o cargar una amplia variedad de dispositivos, independientemente del voltaje con el que funcionen. También intentamos mejorar el bicigenerador en sí. Aunque hay manuales buenos disponibles, queríamos una fuente de energía que fuera fácil de construir (sin necesidad de soldaduras o herramientas complejas), cómoda de pedalear, lo más compacta posible y que no fuera una molestia visual.

El bicigenerador y el panel de control fueron diseñados y fabricados en colaboración con Marie Verdeil como parte de su pasantía en Low-tech Magazine. No pudimos encontrar la información técnica que estábamos buscando, así que seguimos un enfoque de prueba y error. Eso tomó mucho tiempo y fue costoso, pero obtuvimos perspicacia y aprendimos lecciones.

Nuestro diseño puede ajustarse y adaptarse a tus necesidades. Agradecemos una donación si encuentras interesante nuestro trabajo.

A continuación, exploraremos cómo funciona este sistema, sus ventajas y desventajas, y cómo se puede optimizar para diferentes usos.

Diseño y Ventajas del Bicigenerador

Hay muchas formas de construir una bicicleta generadora de energía, y cada una tiene sus ventajas y desventajas. Nosotros basamos nuestra máquina en una bicicleta de ejercicio vintage de la década de 1950.

Bicicleta de ejercicio vintage de la década de 1950

Nuestro enfoque tiene varias ventajas. La primera y más importante es que las antiguas bicicletas de ejercicio tienen un gran volante de inercia en la parte delantera. Un volante de inercia es esencial porque pedalear en una bicicleta estacionaria es una experiencia diferente a andar en bicicleta en la carretera. La potencia que nuestros pies aplican a los pedales alcanza su punto máximo cada 180 grados de rotación del pedalier.

En cambio, en una bicicleta estacionaria, esta producción de potencia desigual resulta en un movimiento brusco y estrés adicional en las piezas. El volante de inercia resuelve esto gracias a su gran masa y velocidad de rotación. Iguala la diferencia entre los picos de potencia y permite un pedaleo cómodo. El ciclista se cansa menos rápidamente y puede generar más energía.

Ventajas Adicionales

• Nuestro enfoque también permite construir un bicigenerador con herramientas simples y habilidades básicas.
• No es necesario cortar ni soldar metal; la bicicleta permanece tal como está.
• Tampoco es necesario construir una estructura de soporte; la bicicleta ya tiene una.
• Nuestro método también resulta en un bicigenerador muy compacto. Apenas supera los 1 metro de longitud.
• Finalmente, y aunque esto es cuestión de gusto personal, da como resultado una máquina hermoso de contemplar.

Desventajas y Consideraciones

Como desventaja, se podría mencionar que una transmisión por fricción es menos eficiente energéticamente que una transmisión por engranajes o correas. Sin embargo, la mayor eficiencia del volante de inercia compensa eso. Solo una combinación de volante de inercia y transmisión por engranajes o correa sería mejor, pero sería más difícil de construir.

Producción de Potencia y Eficiencia

La potencia de salida (W) de un bicigenerador corresponde al voltaje (V) multiplicado por la corriente (A). Obtuvimos aproximadamente 100 vatios (12V, 8-9A) de potencia durante un entrenamiento corto e intenso. Durante un esfuerzo moderado, que podemos mantener durante más tiempo, la producción de potencia oscila entre 45 y 75 vatios. La producción de potencia no solo depende de la bicicleta, sino también de la persona que la opera.

Medimos la potencia de salida justo después del generador. Sin embargo, se necesita aplicar más potencia a los pedales para obtener esa potencia de salida. En primer lugar, ningún generador es 100% eficiente. Nuestro generador alcanza su máxima eficiencia (75-78%) a una potencia de salida de más de 6A (72W). La eficiencia disminuye cuando se produce menos potencia: cae al 60% a 3A y a menos del 45% a 2A.

En segundo lugar, hay pérdidas de energía en la transmisión entre los pedales y el generador. Teniendo en cuenta las pérdidas de eficiencia tanto en el generador como en la transmisión por fricción, necesitas aplicar al menos 150 vatios a los pedales para obtener una potencia de salida de 100 vatios.

También hay pérdidas de energía adicionales en la transmisión de la bicicleta. En teoría, los engranajes de bicicleta tienen bajas pérdidas de energía, como máximo unos pocos porcentajes. Sin embargo, en la práctica, estas pérdidas de energía pueden ser altas. La producción de energía se duplicó después de limpiar a fondo y engrasar la transmisión de la bicicleta.

Desafíos en la Producción de Energía con Pedales

Como ciclista de energía, debes igualar el voltaje (V) y la corriente (A) del dispositivo que estás alimentando o cargando. Sin embargo, esto es más fácil decirlo que hacerlo. Los dispositivos eléctricos funcionan con voltajes diferentes y tienen demandas de energía muy distintas.

1. Voltaje Variable: Una bicicleta generadora de energía produce energía de corriente continua de bajo voltaje (DC), similar a un sistema solar fotovoltaico (12/24V). La salida de voltaje depende de la velocidad a la que gira el bicigenerador. La frecuencia de pedaleo y la relación de engranajes determinan la velocidad del generador.
2. Demandas de Potencia Diferentes: Los dispositivos eléctricos y electrónicos pueden tener demandas de potencia muy diferentes, incluso si funcionan con el mismo voltaje. Ajustar la corriente es mucho más difícil que ajustar el voltaje. Qué tan fuerte debes pedalear depende completamente del dispositivo que estás alimentando.
3. Limitaciones de Carga de Baterías: Los sistemas solares fotovoltaicos fuera de la red a menudo cargan baterías de plomo-ácido. Incluso si pudieras mantener una producción de energía de 100 vatios durante una hora, la batería limita cuánta energía puedes ingresar. Las baterías de plomo-ácido se cargan entre el 10 y el 25% de su capacidad máxima.

El Panel de Control: Una Solución Integral

Para superar todos estos problemas, construimos un panel de control que distribuye la energía del bicigenerador en circuitos conmutables con diferentes voltajes para la operación de varios dispositivos. Puedes utilizar estos circuitos de forma independiente o en combinación, lo que te permite ajustar la resistencia en los pedales con precisión para obtener el entrenamiento óptimo.

No es necesario pedalear más rápido o más despacio para coincidir con el voltaje de diferentes dispositivos. Los convertidores de reducción tienen un voltaje de entrada más alto que el voltaje de salida (reducen el voltaje), mientras que los convertidores elevadores tienen un voltaje de salida más alto que el voltaje de entrada (aumentan el voltaje). Puedes ajustar el voltaje de salida girando un pequeño tornillo en el módulo.

Panel de Control de Bicigenerador

Ventajas de Múltiples Circuitos Conmutables

• Puedes construir un circuito eléctrico utilizando sólo un convertidor reductor o elevador.
• Construir varios circuitos conmutables con diferentes voltajes ofrece ventajas.
• Si hay una demanda de energía insuficiente, puedes aumentar la resistencia en los pedales encendiendo más circuitos.
• Eso también aumentará la eficiencia del generador.

Usos Prácticos y Directos de la Energía Generada

Un generador de bicicleta es más adecuado para alimentar dispositivos eléctricos directamente, sin almacenar la energía en una batería primero. Esto evita pérdidas de carga y descarga (hasta un 30% en baterías de plomo-ácido) y reduce la complejidad y los costos de configurar una planta de energía humana práctica.

Entre los dispositivos de 12V que alimentamos directamente se encuentran un refrigerador Peltier experimental, un hervidor de agua, computadoras portátiles alimentadas por un adaptador de 12V, sin batería o con la batería al 100%, luces, un soldador, un taladro eléctrico y una lijadora.

Alimentar las luces suele ser más práctico con una batería, ya que eso te permite disfrutar de la iluminación sin tener que pedalear al mismo tiempo. Sin embargo, es perfectamente factible leer un libro en la bicicleta mientras proporcionas la iluminación en tiempo real, especialmente en invierno: requiere poco esfuerzo, es más saludable que estar sentado quieto y te mantiene abrigado.

Herramientas Eléctricas con Cable: Una Alternativa Eficiente

Aunque las herramientas eléctricas de 12V son ampliamente utilizadas, casi siempre funcionan con baterías de ion de litio. Podrías recargar estas baterías con energía humana. Sin embargo, eso llevará mucho tiempo, no proporcionará mucho ejercicio y generará pérdidas significativas de energía. Por lo tanto, tiene sentido convertir estos dispositivos en herramientas eléctricas con cable. De esta manera, solo necesitas producir energía cuando la necesitas, con mucha mayor eficiencia.

Convertir una herramienta alimentada por batería en una herramienta con cable puede ser bastante sencillo. Después de quitar la batería, localiza los contactos positivos y negativos y suelda dos cables a ellos.

Un taladro eléctrico con cable es quizás la herramienta más versátil. Puedes usarlo con un batidor (para batir huevos), un cepillo resistente (para quitar pintura o limpiar objetos), una rueda de pulido (para afilar cuchillos) o una rueda de pulido (para hacer que el cromo u otros metales y materiales brillen).

Otras Iniciativas y Proyectos Innovadores

La movilidad sostenible en entornos urbanos ha pasado de tomarse como una cuestión de segunda fila a estar presente en los presupuestos anuales de prácticamente todas las ciudades. En España, lo hemos podido comprobar con la puesta en funcionamiento de diversos servicios de bicicletas públicas o los permisos a empresas privadas para que desplieguen sus flotas de motos y monopatines eléctricos.

Este ha sido el caso del proyecto S-Park, con sede en Ámsterdam, que pretende utilizar las bicicletas de los ciudadanos para aportar un extra de energía eléctrica a la red. Según los datos que manejan desde S-Park, en Ámsterdam se recorren alrededor de 2 millones de kilómetros en bici todos los días, que se traduce en una generación de 19.5 millones de vatios a la hora. Una cantidad realmente importante de energía que se desaprovecha.

El funcionamiento es realmente sencillo desde el punto de vista técnico. "A cada vecino del barrio se le proporciona una rueda delantera especial. Una vez instalada, es capaz de guardar la energía generada durante el pedaleo y el frenado en baterías". La batería, instalada en la rueda delantera, se encaja dentro del estacionamiento cerrando un circuito eléctrico. Será entonces cuando la energía almacenada durante el trayecto pase directamente a la red eléctrica para que pueda ser aprovechada en cualquier uso doméstico.

Además de la propuesta de S-Park, existen otras iniciativas que emplean las bicis como medios de transporte activos para mejorar las ciudades. Lo hace igualmente 'reinventando' la rueda y añadiendo al conjunto una serie de filtros. El aire circula por el interior donde se han instalado varios filtros capaces de retener partículas contaminantes propios de los tubos de escape o de las calefacciones.

Las bicicletas de hidrógeno formarán parte de las acciones de H2CYL en Castilla y León, permitiendo al público general conocer más acerca de la tecnología y sus usos. H2CYL, en estrecha colaboración sus socios Caja Rural Cajaviva, Universidad de Burgos e Hiperbaric ha presentado hoy su nuevo proyecto 4 bicicletas propulsadas por hidrógeno que servirán para acercar a la sociedad este vector energético y formarán parte, desde ya de las acciones comunicativas y formativas de los participantes del proyecto.

Las bicicletas, están equipadas con una pila de combustible de 200W alimentada directamente desde un depósito de hidruros metálicos de 20 g. Esto permite recorrer hasta 60 kms a una velocidad máxima de 25 kms/h.

La Bici Estática de Spinning generadora de energía o GMP, es un sistema revolucionario que utiliza la energía mecánica generada por el usuario al pedalear para convertirla en energía eléctrica utilizable. La clave del funcionamiento de GMP radica en generadores conectados a los pedales y ubicados en el eje de la bicicleta. Al pedalear, se activan estos generadores, convirtiendo la energía mecánica en electricidad.

La Bicicleta Generadora de Energía ofrece ventajas significativas, como la reducción de los costos elevados asociados con la alimentación de dispositivos y electrodomésticos en el hogar. No, el uso de la Bicicleta Generadora de Energía es tan sencillo como pedalear. Al activar los generadores con el movimiento de los pedales, se inicia la generación de electricidad.

Tabla Comparativa de Proyectos de Bicicletas Generadoras de Energía

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