DISEO Y ADAPTACIN DE UNA BICICLETA ESTTICA PARA GENERAR ENERGA ELCTRICAINTEGRANTES:Andy Jordn Danny MedinaLuis PaucarPaola SilvaJos ZambranoAndrs Zamora TUTOR:Ing. David Hidalgo Riobamba 18-Junio 2013PARALELO: Cing 09

MARCO TERICO2.1.-ANTECEDENTES DEL TRABAJOEn nuestra sociedad opulenta sacar provecho de la energa humana nos permite ser conscientes del valor de la energa y por tanto colaborar en su ahorro, promover utensilios manejados con energa humana, constituye un elemento clave para luchar contra la analfabetizacin energtica en la que nos adentramos cuando descubrimos el potencial de los combustibles fsiles y as recuperar la sensatez ecolgica valorando el uso de la energa con otra visin, para ahorrarla a toda costa y poner nuestro ingenio en la energa renovable. La bicicleta es uno de los artefactos cuya invencin estuvo vinculada al transporte personal sano ecolgico y econmico impulsado por la fuerza muscular del ser humano conocida como energa de propulsin humana .En una bicicleta, tanto por la posicin del cuerpo como por su diseo preparado para el movimiento de la mayor masa muscular disponible en las piernas del cuerpo humano, se llega a grados de eficiencia elevados de hasta el 25 % produciendo una inevitable convergencia tecnolgica entre la bicicleta y la electricidad. La fuerza mecnica procedente de la interaccin la masa muscular del cuerpo y a la estructura de la bicicleta promovi la posibilidad de producir la iluminacin a travs de la ruedas de la bicicleta para circular de noche con la llamada dinamo que rodaba sobre la cubierta neumtica. Ms tarde este mismo principio de generacin elctrica se aplic sobre los bujes de las ruedas o dinamos de buje que reducen la prdida energtica por el rozamiento. Finalmente, los propios engranajes ciclistas han servido para imaginar un sin fin de aplicaciones para obtener energa mecnica. Aplicando el principio de la rueda del hmster, vemos que desde la dcada de 1970 y como resultado de la crisis energtica muchas personas volcaron su capacidad intelectual para buscar cmo obtener energa con sistemas autnomos y menos dependientes del petrleo Sin duda, las energas renovables, y en especial los ingenios elicos y solares fueron de los primeros. Pero tambin recibi una significativa atencin la energa de propulsin humana. En 1997 en Guatemala en el pueblo de San Andrs Itzapa Chimaltenango debido al deseo de ayudar a las familias con poco acceso a la electricidad y combustible se crea una asociacin con el trabajo de un grupo de canadienses de la organizacin PEDAL para promover su desarrollo sostenible y es hasta el ao 2001 cuando se constituye la Asociacin Maya Pedal. Maya Pedal es una ONG que promueve la salud, la proteccin del medio ambiente y la economa rural sostenible mediante el aprovechamiento de la energa humana obtenida mediante pedales de bicicleta. La ONG comenz primero reuniendo piezas de bicicletas usadas para construir mquinas propulsadas por pedales de bicicleta que satisficieran las necesidades de la gente del campo. Maya Pedal venda sus mquinas propulsadas por pedales de bicicleta a cualquier persona interesada en comprarlas, aunque ofreca un descuento especial a los grupos que deseaban crear proyectos de desarrollo sostenible. Esta idea se expandi a lo largo de Amrica central evidencindose varios ejemplos como es caso de un grupo de mujeres que elabor una licuadora propulsada a pedal de bicicleta para producir un champ hecho de aloe vera, que cultivaban en sus huertos. Con el dinero que ganan con el champ, las mujeres mantienen a sus familias y financian su propio proyecto de reforestacin del pueblo. Otro grupo encarg un molino propulsado a pedal de bicicleta para moler granos, con el cual muelen maz para animales que venden a bajo precio a las comunidades locales. Son muchos los lugares en los que la gente ha descubierto tcnicas creativas para aprovechar la energa a pedal de bicicleta. La variedad de artilugios para generar trabajo en bicicleta constituye uno de los elencos de tecnologa apropiada ms interesantes de todo lo disponible como es el caso de las bicimquinas impulsadas con fuerza de pedales, siendo una tecnologa intermedia y adems una herramienta que sirve para apoyar la economa familiar, obteniendo una capacidad ms alta que la manual. Cada bicimquina est construida artesanalmente utilizando bicicletas usadas, concreto, madera, y metal. 2.2.-BASES TEORICAS2.2.1 Energa de propulsin humana La fuerza mecnica de los humanos nace de la aportacin energtica de los alimentos que dan movimiento a la musculatura e intervienen en el buen funcionamiento metablico que nos permite la vida. El valor de los alimentos tales como vegetales y carnes es proporcional a la cantidad de energa que nos proporciona cuando se metaboliza en presencia de oxgeno. La unidad de medida es el Joule, aunque por tradicin se emplea tambin la calora que equivale a la cantidad de calor que necesitamos para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de agua .Este unidad energtica es muy pequea por lo que la aportacin energtica de los alimentos se mide en kilocaloras lo cual es representado de la siguiente manera 1 kcal = 1.000 caloras. Las dietas humanas contienen entre 1.000 kcal/da hasta 4.000 kcal/da. La cantidad de energa vara segn la actividad que desarrollemos. No es lo mismo cortar lea que correr o atender el trabajo en una oficina. Una parte de la energa de los alimentos est destinada a lo que se llama mantenimiento metablico basal incluyendo la necesidad del reposo o dormir. En una persona adulta de unos 70 kg este mnimo vital se lleva ya unas 1.650 kcal en alimento. Aqu tambin es importante la dieta o aportacin calrica de cada tipo de alimento. Mientras los hidratos de carbono proporcionan 4 kcal por gramo, igual que las protenas, las grasas proporcionan 9 kcal por gramo. El combustible que ingerimos pues es determinante para la actividad que realizamos. Si consumimos ms que no gastamos, pues uno engorda y podemos perder calidad metablica o sea perjudicar nuestra salud. La potencia media energtica humana, con alimentacin adecuada, est alrededor de los 150 W sobre una mquina capaz de su aprovechamiento, como es una bicicleta. Un aficionado al ciclismo puede dar fcilmente unas 90 pedaladas por minuto o sea 1,5 pedaladas por segundo, de los que ya se consumen unos 100 W en mover el peso de las propias piernas. Los niveles de potencia que un ser humano puede proporcionar pedaleando dependen de la fortaleza muscular, pero tambin del tiempo. Por breves espacios de tiempo sobre una bicicleta se pueden desarrollar potencias de hasta 400 W con es el caso de determinados ciclistas de competicin en un sprint, pero lo habitual es que para usos energticos extendidos durante varias horas, no se supere los 50 W de potencia. Igualmente, el trabajo muscular depende tambin de la interaccin con el entorno del ser humano. No es lo mismo el pedaleo estacionario que en ruta. En movimiento sobre un camino el ciclista ha de vencer la resistencia al viento y el rozamiento de la superficie por donde se circula. Adems, la disponibilidad de lquidos y alimentos en el recorrido, la temperatura ambiental, etc. tambin influyen en la potencia final desarrollada por quien pedalea.

2.2.2.-Potencia

El potencial energtico de la propulsin humana en bicicleta est condicionada por el propio diseo del ciclo y muy especialmente del sistema de pedaleo. La potencia real que podemos ejercer depende de la relacin entre la velocidad de rotacin en revoluciones por minuto y el rendimiento en la transmisin. Una bicicleta con un plato en el eje de pedaleo de 48 dientes y un engranaje de 12 dientes en la transmisin nos permite un desarrollo con slo una prdida del 10 % respecto a un ideal como es 15:1. En otras palabras aplicando 50 W de potencia el pedaleo nos entregara 45 W. Sin embargo, hay otras partes que intervienen como son la medida de las bielas o tambin la propia posicin del ciclista. Igualmente, el diseo del plato aporta mejoras en la eficiencia. Este es el caso de los platos ovalados oQringy el plato articuladoRotor que incrementan entre un 11 % y el 16 % la potencia respectivamente en comparacin con un plato dentado convencional. Pero si en vez de desplazarnos con la bicicleta, lo que queremos es generar energa elctrica, el rendimiento final obtenido depender del ingenio que genere la energa elctrica, en este caso la dinamo o generador. Un ciclista de unos 70 kg que pedalee entre 10 y 20 km/h consume entre 245 y 410 kcal/hora. Un ejercicio de esta potencia durante una hora al da y por semana supondra quemar entre 1 y 1,5 kg de grasa y nos aportara la energa necesaria para ver una pelcula en DVD sobre una pantalla plana de unas 19 pulgadas.2.2.3.- Que es una bicicleta esttica generadora de energa elctrica?Desde antao la generacin de electricidad propiamente dicho energa elctrica mediante el movimiento conocido como energa mecnica ha sido uno de los descubrimientos ms importantes que ha dado la ciencia. Este descubrimiento ha permitido desarrollar una gran cantidad de centrales. Algunas de ellas son las nucleares, las elicas, las trmicas, etc. Todas ellas se basan en la utilizacin de vapor o aire que permiten el movimiento de una turbina que induce la electricidad. Adems de usos industriales, este descubrimiento se ha aplicado a muchos utensilios de nuestro da a da. Uno de ellos es la energa formada a travs de la bicicleta. La bicicleta esttica generadora de energa es un prototipo con gran potencial energtico que se utiliza para proveer una fuente de bajo costo de electricidad con el fin de encender artefactos elctricos tales como focos, lmparas y aparatos electrnicos como celulares, secadoras de cabello etc. Hay dos formas diferentes en que la electricidad de una bicicleta puede ser usada. La primera es usndola directamente para alimentar a un dispositivo. El ciclista promedio puede producir entre 150 y 200 Watts cuando va a una velocidad moderada. Algunos ciclistas profesionales pueden generar entre 300 y 500 Watts. Entonces puedes alimentar directamente a cualquier dispositivo que utilice por debajo de ese voltaje tan solo pedaleando. La otra forma es usar un generador que estara cargando bateras para alimentar a otros dispositivos, despus de ser cargadas. Pueden existir mltiples bateras conectadas y cargadas que trabajen como una sola para alimentar a varios dispositivos por un periodo largo de tiempo. Como es el caso de una laptop la cual puede gastar alrededor de 90W cada hora. Este nmero est escrito en cualquier dispositivo elctrico, es el voltaje multiplicado por ampers. Entonces para calcular cuantas horas nuestra bicicleta generadora debe funcionar para suplir esos 90W, usaremos la siguiente frmula:175W *1 hora= 90W * horas lo cual resulta en Horas = 175/90 horas= 1.9 horasEsto significa que se puede alimentar a una laptop que gasta 90W por 1.9 horas, pedaleando 1 hora. No est mal la cosecha de tu trabajo pero esto es simplemente teora. En realidad, habr algo de prdida y 175W es para alguien de tamao medio en buenas condiciones fsicas. Sin embargo, aun considerando la prdida y variacin de peso del usuario, ste resultado es un retorno muy bueno en algo que podra hacer de todos modos de otra forma al hacer ejercicio.2.2.4.-Importancia de la implementacin de una bicicleta generadora de electricidad en el sector rural.En la actualidad tiene especial importancia la construccin de pequeos sistemas generadores de energa como alternativa de generacin de electricidad en zonas rurales de difcil acceso donde no llega una red electro energtica, debido adems del posible beneficio econmico, a su gran valor social y ecolgico. No se descarta incluso, su conexin a sistemas mayores, cuando sea posible y favorable econmicamente. Los sistemas elctricos interconectados han resuelto el abastecimiento de los sistemas urbanos y en un menor porcentaje la demanda energtica en las zonas rurales. Estas reas rurales con muchos pobladores alejados de las redes de distribucin, con requerimientos energticos insatisfechos. Los requerimientos de electricidad son bsicamente domsticos y en menor escala productivos. Los usos domsticos atienden a iluminacin, comunicacin, conservacin de alimentos, calentamiento de agua. Las aplicaciones productivas estn orientadas al bombeo de agua y accionamiento de herramientas utilizadas en el campo. Bajo estos criterios los requerimientos de energa para una familia rural se ubican entre 500 y 2000w de potencia elctrica. Esta demanda energtica atiende en primer lugar a un concepto de calidad de vida; no cabe esperar que el poblador rural utilice la electricidad para fines productivos en escala significativa. Existe un mercado sustancial para este tipo de sistema debido a varios factores: A menudo en sectores que tienen amplias redes de distribucin elctrica, hay muchas comunidades pequeas sin electrificarse. A pesar de la fuerte demanda por la electrificacin, la conexin de estas comunidades a las redes no es rentable para las empresas elctricas, debido a los bajos niveles de consumo de una comunidad pequea. Los componentes utilizados para el ensamble de la bicicleta generadora de electricidad son pequeos y compactos por lo que pueden ser transportados fcilmente a sitios remotos y de difcil acceso. Es posible la fabricacin local del sistema. Los principios de diseo y elaboracin son fciles de aprender. La construccin de una bicicleta generadora de electricidad tiene costos por Kilovatio menores que instalaciones de fotovoltaicas solares o de viento. Los sistemas de generacin a diesel resultan ms costosos debido a la utilizacin de combustibles. El impacto ambiental es mnimo debido a la produccin de energa alternativa limpia lo cual asegura una total armona en la proteccin del medio ambiente.2.2.5.-Principios bsicos de la bicicleta generadora de electricidadBicicleta

BateraBicicleta

Polea

1. Bicicleta

Laptop

Alternador Transformador

Inversor Estante

El objeto de la invencin, de la bicicleta generadora de electricidad, hace referencia a un acoplamiento destinado a la generacin de energa elctrica, para bicicletas estticas del tipo que llevan un volante de inercia. Normalmente, instituciones tales como gimnasios o similares, disponen de diferentes aparatos para la realizacin de ejercicios de piernas. Unos de los ms tradicionales son las bicicletas estticas y, ms recientemente, las de spinning. La energa fsica empleada por las persona que estn realizando sus ejercicios contienen un alto potencial de energa que a travs de un procesamiento correcto se la puede convertir en energa elctrica alternativa reutilizable directamente en otros receptores elctricos o, con las adaptaciones adecuadas, devolverla incluso a la red, lo que se traduce directamente en ahorro energtico. Para generar rpida y fcilmente energa se realiza un diseo el cual permite que una bicicleta dinmica convencional con volante de inercia, se adapte en una bicicleta esttica apta para generacin energtica; esto permite la reconversin total de todo un parque de bicicletas estticas tradicionales en un parque de bicicletas generadoras, con una inversin econmica comparativamente muy inferior a la que sera necesaria para sustituir totalmente dicho parque de bicicletas tradicionales por bicicletas con generador jo. La descripcin de la funcin de cada una de las componentes de la bicicleta quedara de la siguiente manera:La energa mecnica o de movimiento producida por la interaccin entre el ciclista y la bicicleta que se encuentra entre 150 y 200w se transmite a travs de un sistema de polea desde la rueda posterior de la bicicleta hacia el alternador el cual transforma la energa mecnica en energa elctrica generando una corriente alterna mediante la induccin electromagntica esta energa se transmite hacia el transformador el cual convierte la corriente alterna en corriente continua segn las disposiciones requeridas posteriormente esta energa es almacenada en una batera comn de 12 voltios y finalmente la corriente continua de 12 voltios es transmitida hacia un inversor de corriente de 110 voltios es cual cambia el voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simtrico de salida de corriente alterna y as encender artefactos domsticos o electrnicos como laptops, celulares, cmaras, televisores etc.2.2.6- EficienciaLa eficiencia de este sistema resulta de la combinacin de las eficiencias de todos los proceso en conjunto el cual est determinado en un rango moderado en el trabajo muscular realizado por el ciclista pero si depender del diseo del sistema elctrico el cual debe ser apto para cumplir con las expectativas de energa a alcanzar. La carga mecnica la cual se obtiene directamente de la conexin de la rueda posterior de la bicicleta se transmite por medio de un sistema de poleas, de manera que se extrae potencia directamente desde la bicicleta. Aunque se pierda aproximadamente 10% de la potencia mecnica en el sistema de poleas, an resulta una manera eficiente y factible de aprovechar la potencia disponible. El sistema de distribucin transmite la electricidad desde el alternador hacia las casas de los usuarios. Esta es en la mayora de los casos, una de las partes con menor porcentaje de perdida de energa. Las cargas de los usuarios usualmente estn conectados adentro de sus casas. Carga Elctrica es un trmino general que se refiere a cualquier dispositivo que utiliza la electricidad generada. Los tipos de cargas elctricas que se conectan al sistema dependern exclusivamente del usuario en un rango de hasta 110v. Si se trata de un sistema de iluminacin se prefieren las lmparas fluorescentes visto que consumen menos potencia que las luminarias incandescentes o de filamento.

2.2.7- Bicicleta

2.2.7.1- Historia La paternidad de la bicicleta se le atribuye al barn Karl Drais, un inventor alemn que naci en 1785. Su rudimentario artefacto, creado alrededor de 1817, se impulsaba apoyando los pies alternativamente sobre el suelo.2.2.7.2- Impacto social El impacto que tuvo en la sociedad el surgimiento de la bicicleta fue importante e impactante en todo el mundo pues permite el transporte y la diversin de forma sencilla y econmica, es un medio de transporte muy usado en todo el planeta, por su facilidad de uso, economa y adems no contamina ni utiliza ningn tipo de combustible, las hay de varios tipos para cada estilo o necesidad. En la actualidad hay alrededor de 800 millones de bicicletas en el mundo la mayor parte de ellas en China, y utilizadas tanto como medio de transporte como vehculo de ocio. Es un vehculo de transporte personal de propulsin humana, es decir por el propio viajero.2.2.7.3-Componentes Sus componentes bsicos son dos ruedas, generalmente de igual dimetro y dispuestas en lnea, un sistema de transmisin a pedales, un cuadro metlico que le da la estructura e integra los componentes, un manillar para controlar la direccin y un silln para sentarse. El desplazamiento se obtiene al girar con las piernas la caja de los pedales que a travs de una cadena hace girar un pin que a su vez hace girar la rueda trasera sobre el pavimento. El diseo y configuracin bsica de la bicicleta ha cambiado poco desde el primer modelo de transmisin de cadena desarrollado alrededor de 1885.2.2.7.3-Descripcin Es un medio de transporte sano, ecolgico, sostenible y econmico, vlido para trasladarse tanto por ciudad como por zonas rurales. Su uso est generalizado en la mayor parte de Europa, llegando a ser, en pases como Suiza, Alemania, Pases Bajos, algunas zonas de Polonia y los pases escandinavos, uno de los principales medios de transporte. En Asia, especialmente en China y la India, es el principal medio de transporte. Las bicicletas fueron muy populares en la dcada de 1890, y ms tarde en la de 1950 y 1970. Actualmente est experimentando un nuevo auge creciendo considerablemente su uso en todo el mundo. Existen diversas modalidades deportivas, englobadas dentro del ciclismo, que se practican con este vehculo. 2.2.7.4- ClasificacinLa principal clasificacin de las bicicletas toma en cuenta la funcin para la que estn diseadas, as los principales tipos de bicicletas son: La bicicleta domstica La bicicleta de montaa La bicicleta de carreras La bicicleta de turismo La bicicleta plegable2.2.8.-Alternador

2.2.8.1.-DefinicinUn alternador es una mquina elctrica, capaz de transformar energa mecnica en energa elctrica, generando una corriente alterna mediante induccin electromagntica. Los alternadores estn fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magntico variable se crea una tensin elctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa. Un alternador es un generador de corriente alterna que funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energa. En Espaa se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz, es decir, que cambia su polaridad 50 veces por segundo y en Amrica alternadores con una frecuencia de 60 Hz .2.2.8.2.-Caractersticas constructivas

Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor que es el que crea el campo magntico y el inducido que es el conductor atravesado por las lneas de fuerza de dicho campo magntico.2.2.8.2.1. - InductorEl rotor, que en estas mquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecnica de rotacin. y adems da su energa al inductor2.2.8.2.2.- InducidoEl inducido o estator, es donde se encuentran una serie de pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en torno a un ncleo de material ferromagntico de caracterstica blanda, normalmente hierro dulce.La rotacin del inductor hace que su campo magntico, formado por imanes fijos, se haga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en l una corriente alternaque se recoge en los terminales de la mquina.2.2.8.3.- Aplicacin La principal aplicacin del alternador es la de generar energa elctrica de corriente alterna para entregar a lared elctrica, aunque tambin, desde la invencin de losrectificadoresde silicio, son la principal fuente de energa elctrica en todo tipo de vehculos como automviles, aviones, barcos y trenes, desplazando a ladinamopor ser ms eficiente y econmico.2.2.8.4.-Fundamento fsico

Elflujo magntico()a travs de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de laintensidad de campo(B), por la superficie de la espira(s)y por el coseno del ngulo formado por el plano que contiene a esta y la direccin del campo magntico(cos ), por lo que el flujo en cada instante ser:

Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variacin del flujo magntico que atraviesa a una espira se produce en ella unaF.E.M.(E)inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variacin del flujo, por tanto tendremos que,

El signomenosdelante deEexpresa que, segn laLey de Lenz,la corriente inducida se opone a la variacin del flujo que la genera.Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual aE, la fuerza electromotiz total(ETOT)es igual a:

Siendonel nmero total de espiras del inducido.Lafrecuenciade la corriente alterna que aparece entre los terminales de la mquina se obtiene multiplicando la velocidad de rotacin lo que es el nmero de vueltas por segundo del inductor por el nmero de pares de polos del inducido.2.2.9.- Transformador

2.2.9.1.-Definicin Se denomina transformador a un dispositivo elctrico que permite aumentar o disminuir la tensin en un circuito elctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin prdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las mquinas reales presentan un pequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo y tamao, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energa elctrica alterna de un cierto nivel de tensin, en energa alterna de otro nivel de tensin, basndose en el fenmeno de la induccin electromagntica. Est constituido por dos o ms bobinas de material conductor, devanadas sobre un ncleo cerrado de material ferromagntico, pero aisladas entre s elctricamente. La nica conexin entre las bobinas la constituye el flujo magntico comn que se establece en el ncleo. El ncleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de lminas apiladas de acero elctrico, aleacin apropiada para optimizar el flujo magntico. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios segn correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestin, respectivamente. Tambin existen transformadores con ms devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensin que el secundario.2.2.9.2.- FuncionamientoEste elemento elctrico se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variacin de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la induccin de un flujo magntico variable en el ncleo de hierro.Este flujo originar por induccin electromagntica, la aparicin de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensin en el devanado secundario depender directamente del nmero de espiras que tengan los devanados y de la tensin del devanado primario.2.2.9.3.- Relacin de transformacin La relacin de transformacin indica el aumento decremento que sufre el valor de la tensin de salida con respecto a la tensin de entrada, esto quiere decir, la relacin entre la tensin de salida y la de entrada.La relacin entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al nmero de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , segn la ecuacin:

Larelacin de transformacin(m)de la tensin entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los nmeros de vueltas que tenga cada uno. Si el nmero de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habr el triple de tensin.

Donde: (Vp) es la tensin en el devanado primario tensin de entrada, (Vs) es la tensin en el devanado secundario tensin de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en lared de transporte de energa elctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeas intensidades, se disminuyen las prdidas por elefecto Jouley se minimiza el costo de los conductores.As, si el nmero de espiras o vueltas del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensin alterna de 230voltiosen el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario una relacin 100 veces superior, como lo es la relacin de espiras. A la relacin entre el nmero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llamarelacin de vueltasdel transformador orelacin de transformacin.Ahora bien, como lapotencia elctricaaplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad o potencia debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10amperios, la del secundario ser de solo 0,1 amperios una centsima parte.2.2.9.4.- Tipos de transformadores 2.2.9.4.1.-Segn sus aplicaciones Transformador elevador/reductor de tensin Transformadores variables Transformador de aislamiento Transformador de alimentacin Transformador trifsico. Conexin estrella-tringulo. Transformador moderno. Transformador diferencial de variacin lineal. Transformador trifsico Transformador de pulsos Transformador de lnea Transformador diferencial de variacin lineal Transformador de impedancia Estabilizador de tensin Transformador hbrido o bobina hbrida Transformador electrnico Transformador de frecuencia variable Transformadores de medida2.2.9.4.2.-Segn su construccin Pequeo transformador con ncleo toroidal. Transformador de grano orientado. Autotransformador Transformador con ncleo toroidal o envolvente Transformador de grano orientado Transformador de ncleo de aire Transformador de ncleo envolventeTransformador piezoelctrico2.2.10.- Batera de automvil

2.2.10.1.- DefinicinLabatera de arranquees unacumuladory proporciona laenerga elctricapara elmotor de arranquede unmotor de combustin, como por ejemplo de unautomvil, de unalternador del motoro de laturbina de gasde unavin. Lasbaterasque se usan como fuente de energa para la traccin de unvehculo elctricose les denominanbateras de traccin. Losvehculos hbridos pueden utilizar cualquiera de los dos tipos de bateras. El arranque de un motor de combustin por medio del motor de arranque requiere durante un breve espacio de tiempo corrientes muy elevadas de entre cientos y miles deamperios. La batera de arranque ha de cumplir este requisito tambin en invierno a bajas temperaturas. Adems elvoltaje elctricono puede reducirse considerablemente durante el proceso de arranque. Por eso las bateras de arranque disponen de unaresistencia interiorpequea.2.2.10.2.-Montaje Las bateras de arranque son circuitos en lnea de clulas de acumuladores de plomo con un voltaje nominal de 2,12 V (voltios) por unidad. Para conseguir un voltaje nominal de 6 V o bien 12 V se necesita un circuito en lnea de 3 o bien 6 clulas por batera. Algunos camiones puede precisar de bateras de 24 V, que no es otra cosa que un circuito en lnea con 2 bateras de 12 V. Las bateras de arranque se dividen en bateras de lquido (cido), de velln y de gel.2.2.10.3.- Problemas y manipulacin 2.2.10.3.1. - cido y txicoLoselectrodosse componen deplomoy son por ellotxicos. El contenido de cido sulfrico es muy corrosivo. Por ello se recomienda mucha precaucin a la hora de manipular bateras. Una batera rota (por ejemplo tras un accidente) slo debera de ser manipulada por personal cualificado. Elelectrolito(cido sulfrico) es altamente txico para el medio ambiente. Solamente en un taller mecnico, o concesionario de automviles, se puede desechar una batera (intacta o daada). En caso de contacto con el cido u otros productos qumicos de las bateras se debe, lavar con abundante agua la zona afectada, e ir a un servicio de urgencias mdicas de inmediato.2.2.10.3.2. - Influencia de la temperaturaLa batera de arranque disminuye su capacidad con la disminucin de la temperatura. Hay diferentes sistemas disponibles en el mercado para evitar una temperatura demasiado baja as como para elevar la temperatura. Al llegar el invierno se debera comprobar si la capacidad de la batera es suficiente para el arranque a temperaturas bajo cero grados (Celsius). Las bateras terminan su ciclo normalmente en invierno ya que la prdida de capacidad es mayor a bajas temperaturas y a menudo no pueden proporcionar un arranque prolongado a temperaturas reducidas. A -20C solo est disponible la mitad de la capacidad normal. Al mismo tiempo la baja temperatura del aceite del motor hace el proceso de arranque ms difcil. Por eso en lugares con inviernos muy duros se desmonta la batera durante la noche para depositarla en un cuarto caliente.2.2.10.3.3. - Formacin de lodo, corrosin de mallaLos constantes ciclos de carga y descarga provocan una ininterrumpida alteracin qumica de los materiales comprimidos:plomo,dixido de plomoosulfato de plomo (II). Esto lleva consigo una desintegracin paulatina del compuesto. Lo mismo ocurre debido a agitaciones del vehculo en movimiento. Los materiales compactados se van descomponiendo, depositndose en el fondo; a esto se denominalodificacin. La tambin creciente descomposicin de la malla, denominada corrosin de malla, provoca una prdida de capacidad de las clulas. Tal fenmeno ocurre de forma ms frecuente de lo que se cree. En el fondo de las clulas hay hendiduras donde se deposita el lodo, pero puede llegar un momento que estos se llenen, y parte del depsito haga contacto con las clulas; lo que provoca uncortocircuitoentre una o varias clulas. A este fenmeno se denominapatinaje. Este problema se pone especialmente de manifiesto cuando una batera con pozos no est en posicin vertical. Es por ello (as como por la ausencia del estrs mecnico propio de un vehculo en movimiento) que las bateras estacionarias tienen una duracin mayor. Poco antes delpatinajeya la batera a duras penas puede proveer la corriente necesaria para arrancar el coche (especialmente a bajas temperaturas).2.2.10.3.4. - SobrecargaUn problema adicional es el sobrecargado de la batera. Un cargador y/o regulador que no est debidamente calibrado puede llevar a la sobrecarga. Durante la carga el sulfato de plomo se transforma tanto en plomo como en dixido de plomo; pero ya que la corriente de carga sigue fluyendo en exceso, se ataca al plomo de la malla. Con todo ello aumenta el volumen de la malla y la durabilidad de los materiales compactados disminuye.2.2.10.3.5. - Voltaje de carga, emisin de gasesEl voltaje de carga debera ser de entre 13,8 y 14,4 V a una temperatura de entre 15 y 25C. El valor ptimo de la corriente de carga debera ser la dcima parte de la capacidad de la batera 4 A para una batera de 40 Ah y para cargas rpidas como mucho un tercio de la capacidad. Si el voltaje de carga es superior a 2,4 V por clula (en el caso de bateras de 12 V son en total mximo de 14,4V entonces hay peligro de corrosin de la malla, cosa que se puede observar visualmente por la emisin de gases. Por eso la batera no debe cargarse hasta el mximo con corrientes altas. Un dispositivo de carga rpida puede recargar una vaca de plomo rpidamente, pero solo hasta el 70%, a partir de ese momento se debera cargar con corrientes ms reducidas para evitar la corrosin de la malla.2.2.10.3.6. - Peligro de explosinEn caso de sobrecarga la batera despidegases. Este fenmeno se produce debido a ladescomposicin electrolticadelaguaque se encuentra en elcido sulfrico. Como resultado de este proceso se formanoxgenoehidrgeno, los cuales dan lugar aoxihidrgeno, de altaexplosividad.2.2.10.3.7. - Nivel de lquido - LimpiezaTambin las bateras que no precisan de mantenimiento se deben inspeccionar de forma regular para comprobar si el nivel de lquido es el adecuado. El nivel del lquido debera estar a 10mm sobre el nivel canto de las placas. Quien realice esta inspeccin por s mismo se dar cuenta de que las placas, especialmente despus de estar el coche en funcionamiento, despiden un poco de gas. Este es un indicador de que el agua se gasifica y por ello se pierde. Si el nivel del lquido disminuye de forma que las placas no estn totalmente cubiertas, entonces la capacidad de la batera disminuye y la zonasecase deteriora de forma irreversible. La solucin al problema puede parecer obvia: reducir el voltaje de carga, para que la batera no despida gases. La reduccin del voltaje de carga en 0,1 V provoca que la batera no se cargue del todo adems de otras consecuencias de mayor gravedad. Es por ello de gran importancia comprobar el nivel del lquido en las clulas. De ser necesario se ha de rellenar cada una de las clulas conagua destilada. Las clulas solo se deben cerrar con el tapn original. Es tambin muy importante trabajar con limpieza para evitar que se ensucien los electrolitos.2.2.10.3.8. - Carga demasiado reducidaEl error ms frecuente es aplicar una carga de la batera menor de la nominal. La batera se descarga tambin poco a poco en caso de que no se use, especialmente si est conectada a un vehculo, ya que este precisa tambin en caso de no estar en funcionamiento de corriente (denominadade dormir) para abastecer a algunos dispositivos electrnicos (denominadoscentralitas electrnicas) como elrelojo laalarma.2.2.10.3.9. - Daos por falta de usoSi la batera est conectada al vehculo y este no se usa en periodos de tiempo prolongados, entonces la batera se descarga paulatinamente. Durante este proceso se formasulfato de plomoen las placas. A simple vista parece una reaccin en forma de polvo, pero se trata realmente de diminutos cristales. Estos tienen una superficie importante, que hacen posible una reaccin rpida durante la carga. Por otro lado cuentan con la desventaja de que los cristales se unen . Si el vehculo est un tiempo prolongado sin funcionamiento, entonces se forman cristales duros de mayor tamao. Este proceso reduce la capacidad de la batera, adems los cristales apenas pueden destruirse aplicando voltaje. Todo ello conlleva una cada drstica de la capacidad de la batera, que se denominaSulfatacin de cristales gruesos, y que a la larga supone el fin de la vida de la batera. Es por ello importante comprobar que la batera est lo suficientemente cargada. Este problema se da especialmente en vehculos que solo se usan de forma ocasional o en una determinada estacin del ao, por ejemplomotocicletas,caravanasolanchas motoras, mquinasquitanieves.2.2.10.3.10. - PrevencinEn el mercado existen diferentes dispositivos que pueden evitar la formacin de sulfatacin de cristales gruesos. El concepto ms frecuente es uncondensadorde gran capacidad que en caso de descarga aplica picos de corriente elevados. Esto ocurre varias veces por minuto para prevenir que los cristales se unan. Esto tambin puede conseguirse aplicando la propia resonancia de los cristales de sulfato.2.2.10.4.- Capacidad El dato referente a la capacidad Q tiene Amperio-hora (Ah) por unidad, por ejemplo, 20 horas de tiempo de descarga T a 27 C. Una batera de arranque cargada por completo con una capacidad nominal de Q = 36 Ah puede suministrar una corriente media de I = 1,8 Amperios a una temperatura de 27 C durante 20 horas. Por medio de la frmula Q = IT y conocidos la capacidad y el tiempo se puede averiguar la corriente media'I = Q/T, es decir:Si la corriente de descarga es conocida, entonces se puede averiguar el tiempo mximo:Con:I:CorrienteQ:CapacidadT:TiempoEn caso de corrientes mayores, temperaturas menores o avanzado deterioro de la batera entonces es la capacidad real menor que la nominal. Durante la descarga a una corriente constante la velocidad con la que disminuye el voltaje de la batera variara. El valor medio del voltaje durante el tiempo de descarga posibilitara calcular la energa o trabajo en watts hora pero este valor no viene detallado.2.2.2.11.- Inversor

2.2.11.1.-Funcin La funcin de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simtrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseador. Los inversores se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeas fuentes de alimentacin para computadoras, hasta aplicaciones industriales para controlar altapotencia. Los inversores tambin se utilizan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o bateras, etc, en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red elctrica o usados en instalaciones elctricas aisladas.2.2.11.2.-Partes Un inversor simple consta de unosciladorque controla a untransistor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.Esta onda rectangular alimenta a untransformadorque suaviza su forma, hacindola parecer un poco ms unaonda senoidaly produciendo elvoltajede salida necesario. Las formas de onda de salida del voltaje de un inversor ideal debera ser sinusoidal. Una buena tcnica para lograr esto es utilizar la tcnica dePWMlogrando que la componente principal senoidal sea mucho ms grande que las armnicas superiores.2.2.11.2.3.- ActualidadLos inversores ms modernos han comenzado a utilizar formas ms avanzadas de transistores o dispositivos similares, como lostiristores, lostriac's o losIGBT's. Los inversores ms eficientes utilizan varios artificios electrnicos para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del transformador, en vez de depender de ste para suavizar la onda.2.2.11.2.4.- ClasificacinSe pueden clasificar en general en dos tipos: Inversores monofsicos Inversores trifsicos.2.2.11.2.4 CaractersticasSe pueden utilizarcondensadoreseinductorespara suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador. Adems, es posible producir una llamada "onda senoidal modificada", la cual se genera a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno detierra. Una circuitera lgica se encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente. Los inversores de onda senoidal modificada pueden causar que ciertas cargas, como motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente. Los inversores ms avanzados utilizan lamodulacin por ancho de pulsoscon una frecuencia portadora mucho ms alta para aproximarse ms a la onda seno omodulaciones por vectores de espaciomejorando la distorsin armnica de salida. Tambin se puede pre distorsionar la onda para mejorar elfactor de potencia(cos ). Los inversores de alta potencia, en lugar de transistores utilizan un dispositivo de conmutacin llamadoIGBT: Insulated Gate Bipolar transistor Transistor Bipolar de Puerta Aislada).2.2.11.3.- Parmetros de rendimiento 2.2.11.3.1. - Factor de distorsin Se diferencia de la anterior en que detalla a cualquiera de las armnicas que constituye la seal, por el principio de Fourier. El DF indica la cantidad de distorsin armnica que queda en determinada forma de onda despus de someter a las armnicas de esa onda a una atenuacin o filtrado de segundo orden, es decir, dividirlas entre . 2.2.11.3.- Armnica de orden ms bajo Es aquel componente armnico cuya frecuencia se acerca ms a la de la fundamental, y su amplitud es mayor o igual al 3% de la componente fundamental.

2.3.- DEFINICIN DE TERMINOS BSICOS 2.3.1.- Energa mecnicaEs la energa que se debe a la posicin y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energaspotencialycinticade un sistema mecnico. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos conmasade efectuar un trabajo.2.3.2.- Energa elctrica Es la forma deenergaque resulta de la existencia de unadiferencia de potencialentre dos puntos, lo que permite establecer unacorriente elctricaentre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor elctrico. La energa elctrica puede transformarse en muchas otras formas de energa, tales como la energa luminosa oluz, laenerga mecnicay laenerga trmica.2.3.3.- Central hidroelctricaEs una represa en donde se utilizaenerga hidrulicapara lageneracin de energa elctrica.2.3.4.-RadioactividadEs un fenmeno fsico por el cual losncleosde algunoselementos qumicos, llamados radiactivos, emitenradiacionesque tienen la propiedad de impresionar placas radiogrficas,ionizargases, producirfluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros2.3.5.-Revoluciones Son unidades de frecuencia que se utilizan para expresar la velocidad angular 2. 3.6.-Norias Mquinahidrulicasque sirve para extraer agua siguiendo el principio del rosario hidrulico.2. 3.7.- Fisin atmica Es unareaccin nuclear, lo que significa que tiene lugar en elncleoatmico. La fisin ocurre cuando un ncleo pesado se divide en dos o ms ncleos pequeos, adems de algunossubproductoscomoneutrones libres,fotonesgeneralmenterayos gamma y otros fragmentos del ncleo comopartculas alfa(ncleos dehelio) ybeta(electronesypositronesde alta energa.2. 3.8.-ConvergenciaEs la accin de dirigir algo hacia un mismo punto.2. 3.9.-Dinamo

Es ungenerador elctricodestinado a la transformacin deflujo magnticoenelectricidadmediante el fenmeno de lainduccin electromagntica, generando unacorriente continua.2. 3.10.-EngranajeEs un mecanismoutilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denominacorona' y la menor 'pin'. Un engranaje sirve para transmitirmovimiento circularmediante contacto de ruedas dentadas.2. 3.11.-JougleUnidad del Sistema Internacional de Unidades para energa y trabajo.2. 3.12.-PotenciaEs la cantidad detrabajoefectuado por unidad detiempo.2. 3.13.-BielaEs un elemento mecnico que sometido a esfuerzos de traccin o compresin, transmite el movimiento articulando a otras partes de la mquina. En un motor de combustin interna conectan elpistnalcigeal.2. 3.14.-RotorEs La parte giratoria de una mquina.2. 3.15.-EnsambleUnin de dos o ms elementos a travs de un proceso de ensamblaje.2. 3.16.-PoleaEs unamquina simple, un dispositivo mecnico de traccin, que sirve para transmitir unafuerza2. 3.17.-InerciaEs la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado dereposoomovimiento, mientras lafuerzaneta sea igual a cero, o la resistencia que opone lamateriaal modificar su estado de reposo o movimiento.2. 3.18.-Corriente alternaEs lacorriente elctricaen la que la magnitud y el sentido varan cclicamente.2. 3.19.-Corriente continaSe refiere al flujo continuo descargaa travs de unconductorentre dos puntos de distintopotencial, que no cambia de sentido con el tiempo.2. 3.20.-PionEs la rueda de un mecanismo decremallerao a la rueda ms pequea de un par de ruedas dentadas, ya sea en unatransmisinporengranaje,cadena de transmisinocorrea de transmisin.2. 3.21.-Induccin electromagnticaEs el fenmeno que origina la produccin de unafuerza electromotrizen un medio o cuerpo expuesto a uncampo magnticovariable, o bien en un medio mvil respecto a un campo magntico esttico.2. 3.22.-FrecuenciaEs una magnitud que mide el nmero de repeticiones por unidad detiempode cualquier fenmeno o suceso peridico.2. 3.23.-Tensin Es la fuerza interna aplicada, que acta por unidad desuperficieoreasobre la que se aplica2. 3.24.-Ncleo toroidalNo posee campo magntico disperso debido a su forma.2. 3.25.-Combustin Es unareaccin qumicadeoxidacin, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad deenerga, en forma decaloryluz, manifestndose visualmente comofuego.2. 3.26.-CorrosinEs una reaccin qumica de xido reduccin en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reaccin electroqumica.2. 3.27.-CondensadorEs un dispositivopasivo, utilizado enelectricidadyelectrnica, capaz de almacenarenerga sustentando uncampo elctrico.2. 3.28.-TransistorEs undispositivo electrnicosemiconductorque cumple funciones deamplificador,oscilador,conmutadoru rectificador.2. 3.29.- Oscilador Es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambiosperidicosocuasi peridicosen unmedio, ya sea un medio material (sonido) o uncampo electromagntico(ondas de radio,microondas,infrarrojo,luz visible,rayos X,rayos gamma,rayos csmicos).2. 3.30.-OndaEs la propagacin de una perturbacin de alguna propiedad de un medio.

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