Compresor de aire accionado por humanos y sistema de almacenamiento de energía

Por Andy Lagzdins, publicado originalmente por la revista Low-Tech

15 de agosto de 2023

Andy Lagzdins construyó y documentó un compresor de aire accionado por pedal para hacer funcionar las herramientas eléctricas en su taller de motocicletas.

Cuando miro en mi tienda de motocicletas, veo herramientas neumáticas por todas partes. Desde herramientas portátiles como pistolas de impacto, lijadoras, cizallas, sierras y amoladoras hasta equipos grandes que incluyen un gabinete de chorro de arena y una máquina para neumáticos; El aire es una parte vital para asumir una amplia variedad de tareas.

El compresor de aire que he usado desde la década de 1990 usa un motor eléctrico de 220 V y 7 hp para hacer girar una bomba de aire de dos etapas a 800 rpm, que llena el tanque de 80 galones a 150 psi en aproximadamente cinco minutos. Ha sido una máquina muy fiable, hasta el punto de que casi nunca pienso en ella. Sólo cuando hay un corte de energía me doy cuenta de cuánto dependo de un suministro de aire comprimido disponible.

En un mundo que cambia rápidamente donde la energía confiable y económica ya no es un hecho, me propuse construir un sistema para llenar mis tanques de aire sin el uso de electricidad o combustible. Mi diseño estaría libre de componentes electrónicos de cualquier tipo y, con un mantenimiento mínimo, los componentes deberían durar toda la vida. Quería utilizar tantas piezas de segunda mano como fuera posible, en un esfuerzo por reducir costos e inspirar el reciclaje y la reutilización.

La primera tarea era encontrar un tanque de aire. Encontré un compresor de aire Ingersoll Rand de 80 galones fabricado en 1952. Quité la bomba de aire y el motor eléctrico. La bomba de aire original fue reemplazada por una nueva unidad Speedaire que tiene una capacidad nominal de 115 psi y normalmente requiere un motor de ½ hp para funcionar. La bomba está montada en la parte superior del tanque de aire con una placa de acero que se atornilla a la placa del motor original.

En la ubicación del motor eléctrico, instalé un eje de acero sólido sobre cojinetes de chumacera autocentrantes. Este eje contiene tres poleas compresoras de 20 kg que se utilizan como volantes para suavizar el funcionamiento. Estas poleas tienen un diámetro interior de 1 ⅜” y 16” de diámetro. Una sola correa en V de la serie 4L conecta el eje del volante a la bomba de aire.

Imagen: Compresor y poleas de compresor utilizadas como volantes. Foto de Andy Lagzdins.

Imagen: Eje de acero macizo con tres poleas de compresor utilizadas como volantes. Foto de Andy Lagzdins.

Lo siguiente en la agenda era encontrar una fuente de energía humana para hacer girar los volantes. Encontré una bicicleta estática Schwinn de los años 70 que estaba muy bien construida con casi todos los componentes de acero. Lo reduje a lo esencial e instalé un buje de bicicleta Sturmey Archer de ocho velocidades con engranaje interno en lugar de la rueda de radios original. Este buje tiene un rango de relación de 1:1 a 3,25:1 y los cambios de marcha se realizan mediante un interruptor selector en el manillar.

Para soportar la fuerza del pedaleo intenso, el conjunto de manivela se reemplazó por brazos de manivela tubulares de aleación de Cr-Mo, rodamientos sellados y pedales de plataforma de una bicicleta de carreras BMX. El manillar y la potencia fueron reemplazados por componentes de Cr-Mo para minimizar la flexión durante el uso intenso, y se utilizan cadenas de bicicleta de 1/8” de mayor resistencia para mayor confiabilidad.

En este punto, la bicicleta y el tanque de aire se alinearon entre sí y se montaron en marcos de madera tratada de 6”x6” en la posición correcta. La rueda dentada de salida de la bicicleta está conectada mediante otra cadena a una rueda dentada similar en el extremo del eje del volante y el sistema de transmisión ahora está completo.

Imagen: Una bicicleta estática Schwinn de los años 70. El conjunto de manivela fue reemplazado por brazos de manivela tubulares de aleación de Cr-Mo, rodamientos sellados y pedales de plataforma de una bicicleta de carreras BMX. Foto de Andy Lagzdins.

Imagen: Buje de bicicleta Sturmey Archer de ocho velocidades con engranaje interno. Foto de Andy Lagzdins.

Para gestionar el flujo de aire, incorporé un sistema de dos etapas. Un tanque de 10 galones y un tanque de 80 galones tienen válvulas por separado, por lo que puedo llenar cada uno de forma independiente, ambos juntos, o transferir aire de un tanque al otro. Manómetros en cada tanque utilizados para monitorear las presiones. Cuando el tanque grande se llena inicialmente, lo llevo a 50 psi alimentándolo directamente desde la bomba de aire. En ese punto, empiezo a llenar el tanque pequeño solo hasta 100 psi y luego lo arrojo al tanque grande.

La transmisión de ocho velocidades ayuda considerablemente durante el proceso de llenado. Cuando la presión del depósito es baja, la bicicleta se puede pedalear en las marchas más altas. Cuando la presión alcanza el rango de 70 a 100 psi, los engranajes inferiores se utilizan para superar la resistencia de la bomba de aire.

El proceso de llenar los tanques vacíos a 100 psi requiere de 5 a 10 sesiones de pedaleo por día durante aproximadamente una semana. Cuando estoy ocupado en la tienda, subirme a la bicicleta un rato es una buena forma de despejar la cabeza y, cuando hace frío, me calienta y hace que la sangre fluya. Puedo poner la bicicleta en marcha baja y pedalear mientras uso mi teléfono o escucho música.

Tener que pedalear para crear aire comprimido realmente me hace concentrarme en no desperdiciar aire al usar herramientas. También es fundamental asegurarse de que no haya fugas sellando correctamente todos los accesorios.

Imagen: Herramientas eléctricas de aire comprimido. Imagen de Andy Lagzdins.

Las partes de esta máquina que son más susceptibles al desgaste son los sellos de la bomba de aire, la correa y las cadenas de transmisión, las ruedas dentadas y la manguera única de goma. Mantengo repuestos de estos artículos a mano para garantizar un funcionamiento sin problemas en los años venideros. Cualquier trabajo de mantenimiento o reparación se puede realizar con herramientas manuales básicas y todas las piezas son reparables y reconstruibles.

Un beneficio adicional de utilizar aire comprimido como energía es el bajo costo de las herramientas neumáticas. La tendencia actual avanza hacia más equipos que funcionan con baterías, por lo que la gente está vendiendo sus herramientas neumáticas "obsoletas". Hay muchos compresores de aire usados ​​a la venta que tienen motores o bombas defectuosos y, por lo tanto, son bastante económicos. Hay una buena oferta de bicicletas estáticas usadas; Lo más probable es que se deba a que las personas los compran con la intención de comenzar un programa de ejercicios pero no siguen los planes. La próxima modificación será agregar otro tanque de 80 galones para aumentar la capacidad de almacenamiento.

En resumen, los principales beneficios del compresor de aire impulsado por bicicleta son: no necesita energía externa, puede funcionar en áreas remotas en cualquier momento, está construido en su mayoría con componentes reciclados que son fácilmente reconstruibles y no cuesta nada correr. Los beneficios secundarios adicionales son numerosos y cada vez se desarrollan más efectos positivos a medida que uso esta máquina. La base de los resultados es un cuerpo sano gracias al pedaleo y una mente sana gracias al pensamiento innovador.

Imagen: Compresor de aire propulsado por humanos y sistema de almacenamiento de energía. Ilustración de Andy Lagzdins.

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