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Titolo: Recupero energetico in bici

Come persona che usa regolarmente la bici per i spostamenti (piogge
permettendo), uno dei "fastidi" (tra i tanti ...) e' quello di dovere
produrre con la forza muscolare l'energia per far funzionare il faretto.
Si ha la netta sensazione della differenza di sforzo quando si applica
la dinamo. Non sara' tanto, ma sempre fatica e'.
E poi c'e' il problema che il faretto, con questo sistema, funziona solo
quando si e' in movimento, privandoci della luce in momenti che
potrebbero anche essere rischiosi. Si pensi ad esempio l'essere fermi ad
un incrocio, con la luce di posizione posteriore spenta.
Un'automobilista distratto potrebbe notare il catarifrangente troppo tardi.
E' vero che oggi sono in vendita kit di fari per bici a batterie, anche
ricaricabili. Pero' c'e' il fastidio/costo delle batterie da sostituire
e/o ricaricare.
Osservando le ormai diffuse torce a manovella, mi domando ... perche'
non sfruttare l'energia di frenata anche in bicicletta ? Specie nel
traffico cittadino, purtroppo, si e' spesso costretti a frenare,
sprecando tutta l'energia cinetica accumulata accelerando.
In questo modo si potrebbe ricaricare di energia una batteria che
alimenta i faretti, senza fare fatica in piu' (l'energia di frenata
sarebbe in ogni caso persa).
In pratica, l'idea sarebbe che, la leva del freno, nel primo tratto di
movimento, inserisca sul mozzo un generatore elettrico (piu' potente di
una dinamo, perche' si vuole un discreto effetto frenante) che iniziando
a ruotare produca un significativo "freno motore", poi premuti a fondo
attivano i pattini per la frenata (da usare quindi solo in emergenza).
Il problema e' quello di studiare un sistema che accumuli in fretta
l'energia prodotta in, ad esempio, 3 secondi di frenata (chiaramente non
e' una frenata di emergenza, ma programmata) per poi rilasciarla piu'
gradualmente nel tempo necessario per "stiparla" dentro una normale
batteria (NiMh o ioni di Litio ?).
Prima vediamo le energie in gioco.
Un ciclista e bici che insieme pesino 80 kg alla velocita' di 10 kmh,
che significa 10'000/3600 = 2.78 m/s rappresenta una enegia cinetica pari a:
E = m * v * v / 2 = 80 * 2,78 * 2,78 / 2 = 309 Joules
Il rilascio di 309 Joules in 3 secondi corrisponde ad una potenza di
P = 309 / 3 circa 100 W
Abbiamo percio' una potenza indicativa del generatore da applicare.
Supponendo una tensione nominale di 3,6V (una cella agli ioni di Litio
oppure 3 celle NiMh), possiamo calcolarci la corrente corrispondente dalla:
P = V * I -- > I = P / V = 100 / 3,6 = 27,78 Ampere
La potenza richiesta per far funzionare i faretti di una bici sono 5+1 =
6W e supponendo una autonomia di 3h (come dato di partenza, poi vediamo)
la capacita' di accumulo necessaria ammonta a 6 * 3 = 18 Wh che a 3,6V
significa 18/3,6 = 5 Ah. Tralasciamo i rendimenti di carica e le
perdite, anzi, prendiamo 4,5 Ah come riferimento, perche' e' la
capacita' di una torcia NiMh e quindi con 3 torce abbiamo la nostra
"batteria".
Risulta evidente che 27,78 Ampere sono troppe per essere mandate subito
dentro le torce. E' piu' prudente assumere una corrente pari ad un
quinto della capacita', ovvero 4,5/5 = 0,9A.
Percio' dobbiamo trovare il sistema per convertire 27,78 Ampere erogati
in 3 secondi in una corrente di 0,9 ampere mantenuta per:
27,78/0,9 * 3 circa 93 secondi (ovvero circa 1 minuto e mezzo)
direi che 1 minuto e mezzo, e' un compromesso accettabile per una
andatura normale in bicicletta, tra una frenata e l'altra (se sono piu'
vicine, l'energia andra' persa).
L'energia accumulata in un condensatore e' data dalla:
E = C * V * V / 2  --> C = 2 * E / (V * V) = 2 * 309 / (3,6 * 3,6)
circa 48 Farad
In vendita ci sono super-condensatori da 10 Farad (a 5 euro all'uno),
percio' con 5 condensatori in parallelo, e' possibile fare il circuito.
Il problema e' che hanno una scarsa ritenzione dell'energia.
Percio' e' meglio collegare un circuito di ricarica che eroghi poco meno
di un'ampere, magari del tubo "ruba corrente" (ovvero che preleva
corrente anche a tensione inferiore di quella di uscita).
La parte elettrica/elettronica non presenta problemi.
Il problema e' la parte meccanica, il meccanismo di inserimento sul
mozzo di un generatore elettrico da 100W.
Probabilmente l'idea migliore e' che il mozzo stesso sia il generatore
elettrico, che finche' non e' collegato non esercita effetto frenante.
In questo caso, il freno potrebbe, nel primo tratto della sua corsa,
attivare un pulsante che inserisce il generatore sui super-condensatori
e circuito di ricarica.
-- 
Roberto Deboni
[Messaggio Usenet via Tiscali su 
text.giganews.com
. Se leggete via Web
il sottoscritto informa che non conosce o partecipa al sito/forum Web.]

 e circuito di ricarica.
Guardando i dati:
http://www.maxwell.com/ultracapacitors/products/index.asp
http://www.maxwell.com/ultracapacitors/datasheets/DATASHEET_PC10_1003996.pdf
vedo che non perdono cosi' tanto, percio' nelle 24h si puo' fare a meno
delle batterie.
-- 
Roberto Deboni.


attivano i pattini per la frenata (da usare quindi solo in emergenza).
Perche' non mettere un interruttore a pendolo rotante sulla bobina? Cos�
tra l'altro ha anche un effetto frenante nelle discese :-).
Come freni, la decelerazione manda avanti il pendolo, chiude il circuito
e il generatore inizia a prelevare energia cinetica... aumentando quindi
anche la decelerazione, cosicche' il circuito non si interrompe.
Ovviamente, andr� dimensionato per non avere un effetto apocalittico sui
freni :-)
Leonardo
-- 
Los pellegris perjurs, fraiditz,
Qi nos an sai en camp geqitz,
Qi los manten e cortz es tortz,
Que chascuns val mens vius que mortz.

 Un'automobilista distratto potrebbe notare il catarifrangente troppo tardi.
Buongiorno,
per semplificarci la vita (penso che i costi siano significativi per 
alternatore pi� potente e meccanica di inserimento) io avevo pensato che 
4 magneti piazzati sulle ruote al max diametro e 2 avvolgimenti di un 
adeguato numero di spire seguiti da 2 diodi (impianto in 
controfase)possano ricaricare 4 elementi (al NiCd o NiMh 1000 mA) e poi 
dirottare con interruttore normale al faro anteriore con 3 led bianchi 
anteriori 90 ma e 6 led rossi posteriori in serie a 2 a due per un 
totale di 20 mA e qui 110 mA di assorbimento che con le NiCd ci danno 
almeno 6-8 ore di luce. Non ho fatto prove di carica ma con i potenti 
magneti di oggi e l'estrema semplicit� del circuito (bassi livelli di 
corrente in gioco) non necessitano di elettronica ma solo di 7 
resistenze e due diodi. Si potrebbe mettere anche un pannellino solare 
da 30 mA 7,5 V per integrare la carica.
i led sul faro anteriore e posteriore io li ho gi� montati, anche se non 
ho modificato l'impianto quindi li ho messi in controfase con solo 2 
resistenze, e si nota subito la minor fatica nell'inserimento della dinamo
Naturalmente ho capito che con il suo progetto si avrebbe anche un 
impianto frenante e sarebbe tecnologicamente innovativo, ma io 
preferisco la semplicit�.
primula

 Non sara' tanto, ma sempre fatica e'.
faro a led a BATTERIA.


cut...
Oggi si trovano bici munite di dinamo sul mozzo della ruota anteriore.
La dinamo funziona sempre, ma a fari spenti non oppone resistenza
alla rotazione. Il faro anteriore ed il fanalino posteriore sono a led
ed assorbono pochissimo, pur facendo una bella luce. Inoltre una
minuscola batteria (o condensatore, non saprei) mantiene per un breve
tempo accese le luci anche a bicicletta ferma, proprio per evitare che
un automobilista distratto non veda l'ostacolo quando ci si ferma allo
stop. Come vedete � gi� tutto stato inventato....
Ciao.
Roubaud.


Mi cito: :-)
E' vero che oggi sono in vendita kit di fari per bici a batterie, anche
ricaricabili. Pero' c'e' il fastidio/costo delle batterie da sostituire
e/o ricaricare.
-- 


 stop. Come vedete � gi� tutto stato inventato....
Non avevo la pretesa di avere inventato qualcosa :-)


adeguato numero di spire seguiti da 2 diodi (impianto in 
Euh... non tanto.
Prima di tutto i magneti sulle ruote, usando magneti potenti, si SPORCANO
da non credere - al di la' di chiodi e pezzi di ferro, raccatterebbero un
quantitativo impressionante di "polverino" anche senza gironzolare per le
spiagge della Maremma (in quel caso uno si porta a casa un porcospino, al
posto della bici). Provi a fissare un magnetino al tallone della scarpa -
in alto, due-tre centimetri da terra - e a girarci due o tre giorni.
Poi i magneti interferirebbero con il corpo bici - a meno che fosse fatto
in lega leggera antimagnetica. Tenere allineate le spire, pure, non sara'
un'impresa facilissima.
Avere tutto in una enclosure il piu' possibile isolata ha molto senso, al
di la' del fatto che il recupero di energia e' marcatamente superiore.
L'idea di Deboni � forse pi� complicata come setup, ma e' tutto tempo che
si risparmia dopo; come dicono dalle mie parti, "e' tempo benedetto" :-)


> Ha qualche marca ? La cosa mi interessa.
http://www.lastazionedellebiciclette.com/site/vendita/page/mozzo-con-dinamo-interna-dh-3n80-shimano

 
http://www.lastazionedellebiciclette.com/site/vendita/page/mozzo-con-dinamo-interna-dh-3n80-shimano
Hmmm ... utile aggiornamento (ho fatto ricerche sullo spunto dato).
Pare che con una dinamo a mozzo che alimenta faretti a led il problema
dello sforzo sia trascurabile.
Pero' mi e' venuto in mente un'altra applicazione di un generatore da
100W sul mozzo: quello di freno elettromagnetico per lunghe discese (e
d'inverno potrebbe essere usato per riscaldare il ciclista :-)



http://www.webalice.it/c.designer/kit_bici_elettrica.htm#2

Leonardo Serni ha scritto:

ciao
b� ormai su tutte le bici il magnete per il contachilometri c'�... e non 
mi sembra che raccolga ferraglia, ma non conosco le stradine della 
toscana. Concordo che tenere vicino magnete che gira e avvolgimento che 
deve generare potenza sia da studiare, certo confido in bici che non 
siano sballate (di ruote) come lamia.
ciao primula


Suggerisce di utilizzare il motore elettrico ?
Senza montare la batteria abbiamo circa 5 kg in piu'.
Tanti ? Pochi ?
Sicuramente si fanno sentire in fase di accelerazione, ove ogni chilo in
piu' aumenta la fatica.



Quel magnete e' cosi' debole che fa anche fatica a muovere il delicato
reed che genera gli impulsi per il contachilometri. Basta sbagliare di
pochi millimetri la distanza e non funziona piu'.


 piu' aumenta la fatica.
Purtroppo il peso � sempre l'elemento tecnico principale da tenere in 
conto quando si costruisce una bicicletta.
La potenza media sviluppata da un ciclista � dell'ordine di poche 
centinaia di W (per un ciclista super allenato) e non credo che superi i 
100 W per un ciclista della domenica.
Pi� per vezzo e per passione che per necessit� ho appena completato la 
costruzione una MTB del peso di 7,1 Kg.
2 Kg in pi� di quel mozzo motorizzato.