Upload
roberto-alvaro
View
28
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Instituto Politcnico Nacional CENTRO DE INVESTIGACIN EN CIENCIA
APLICADA Y TECNOLOGA AVANZADA
UNIDAD QUERTARO
POSGRADO EN TECNOLOGA AVANZADA
Desarrollo de ejercitador fsico multifuncional y ergonmico utilizable
como fuente de energa renovable
TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRIA EN CIENCIAS EN TECNOLOGA AVANZADA
PRESENTA
Milton Jimnez ngeles
Directores de Tesis
Dr. Jorge Adalberto Huerta Ruelas M.C. Maximiano Ruiz Torres
Quertaro, Qro. Diciembre de 2007
AGRADECIMIENTOS
Agradezco al INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL por darme la oportunidad de
crecer acadmicamente a travs de CICATA-IPN Unidad Quertaro.
Agradezco al CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA por otorgarme
beca econmica y contribuir a este crecimiento.
Agradezco a todo el personal de CICATA-IPN Unidad Quertaro en conjunto con mis
profesores y mis compaeros quienes siempre me facilitaron la estancia en esta
institucin.
Deseo dar un nombramiento especial al Dr. Jorge A. Huerta Ruelas y al M.C.
Maximiano Ruiz Torres por su admirable compromiso en la labor y direccin de este
trabajo y por su valiosa contribucin a quienes hicieron la revisin del mismo.
Este logro lo comparto adems con mi familia: Juan Manuel Jimnez Martnez, M
Guadalupe ngeles, Denisse Jimnez ngeles, Emmanuel Jimnez ngeles y Juan Pablo
Jimnez ngeles porque sin darse cuenta, este trabajo tambin lo hicieron suyo.
Y a ti OTI por mostrarme el verdadero significado de cmo alcanzar la realizacin del
mismo.
NDICE
RESUMEN.................................................................................................................................................... 7
ABSTRACT .................................................................................................................................................. 8
NDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................ 9
NDICE DE TABLAS ................................................................................................................................ 11
CAPTULO 1 INTRODUCCIN..................................................................................................... 12
1.1 ANTECEDENTES HISTRICOS DE LOS MECANISMOS EJERCITADORES.......................................... 12 1.2 SITUACIN ACTUAL DE LOS FACTORES QUE MOTIVAN EL DESARROLLO DE ESTE TRABAJO......... 17
1.2.1 Salud..................................................................................................................................... 17 1.2.2 Energa ................................................................................................................................. 20 1.2.3 Edificaciones inteligentes .................................................................................................... 24
1.3 FUNDAMENTOS Y DEFINICIONES................................................................................................. 25 1.3.1 Definiciones bsicas ............................................................................................................. 25 1.3.2 Gasto energtico................................................................................................................... 27 1.3.3 Diseo Mecnico .................................................................................................................. 30 1.3.4 Ergonoma y antropometra ................................................................................................. 34
CAPTULO 2 ANTECEDENTES, JUSTIFICACIN Y OBJETIVOS ....................................... 39
2.1 ANTECEDENTES ......................................................................................................................... 39 2.2 JUSTIFICACIN ........................................................................................................................... 44 2.3 OBJETIVO ................................................................................................................................... 46
2.3.1 Objetivo General .................................................................................................................. 46 2.3.2 Objetivos particulares .......................................................................................................... 46
CAPTULO 3 DESARROLLO DE LA MAQUINA EJERCITADORA ...................................... 47
3.1 DISEO CONCEPTUAL DEL PROTOTIPO........................................................................................ 47 3.2 DISEO ERGONMICO ................................................................................................................ 51 3.3 DISEO MECNICO..................................................................................................................... 57
3.3.1 La banca ............................................................................................................................... 57 3.3.2 La estructura soporte del mecanismo para la bicicleta inversa ........................................... 61 3.3.3 El sistema de remo................................................................................................................ 64 3.3.4 El sistema de pedales............................................................................................................ 72 3.3.5 Transmisin .......................................................................................................................... 72
CAPTULO 4 ANLISIS DE LOS RESULTADOS ...................................................................... 76
4.1 ANLISIS ENERGTICO PARA APLICACIONES POTENCIALES ........................................................ 76 4.2 CALCULO DE POTENCIA ENTREGADA POR REMO......................................................................... 76 4.3 CLCULO DE POTENCIA ENTREGADA POR BICICLETA Y BICICLETA INVERSA .............................. 80
CAPTULO 5 CONCLUSIN Y PERSPECTIVAS DEL TRABAJO ......................................... 82
5.1 CONCLUSIN.............................................................................................................................. 82 5.2 PERSPECTIVAS DEL TRABAJO ..................................................................................................... 83 REFERENCIAS ........................................................................................................................................... 85 PRESENTACIONES EN CONGRESOS CON ARTICULO EN EXTENSO................................................................ 88 ANEXO 1. DIBUJOS DE DETALLE............................................................................................................. 89 ANEXO 2. RESULTADOS DADOS POR PROGRAMA PARA VERIFICAR LA CONSTRUCCION
DE LOS MECANISMOS HECHOS DE MANERA GEOMETRICA..................................................... 99 ANEXO 3. CLCULOS DE POTENCIA OBTENIDA PARA BICICLETA Y BICICLETA INVERSA. ...................... 104
Resumen
El uso de energas alternativas y renovables para la generacin de electricidad, principalmente, ha
permitido a los Institutos de Investigacin trabajar en una gran cantidad de proyectos referentes
al tema. En Mxico es necesario el trabajo de concientizar el uso de la energa renovable ya que
el valor de la electricidad para los usuarios esta en funcin de los costos de produccin cada da
mas elevados. El presente trabajo esta basado en el esfuerzo realizado por varios investigadores
que conforman la comunidad CICATA-IPN Quertaro, para desarrollar una edificacin
inteligente, la cual cuenta, dentro de sus comodidades tecnolgicas, con un apartado en el uso de
la energa limpia como complemento de su sustentabilidad. Las energas limpias consideradas
para el proyecto de la edificacin inteligente fueron la solar (uso de celdas fotovoltaicas), la
elica (uso de aerogeneradores) y el gasto energtico (maquina ejercitadora). En base al uso esta
ltima energa, el proyecto aqu presentado consisti en el desarrollo de una mquina
ejercitadora. La mquina podr ser manipulada por el usuario en base a tres diferentes tipos de
ejercicios fsicos: la bicicleta estacionaria, el remo estacionario y la bicicleta estacionaria
invertida (con el uso de las manos) cuyos movimientos de mecanismos caern en una flecha de
salida a la cual se le podr acoplar un generador elctrico. Para la bicicleta estacionaria, la rueda
principal (polea) es movida por el usuario, aprovechando la potencia de las piernas, y esta a su
vez transmite movimiento a la flecha de salida por medio de bandas. Para el remo estacionario,
se utiliza un doble mecanismo de 4 barras Grashof, anlogo al de una locomotora. Los remos dan
movimiento al mecanismo de cuatro barras donde la biela transforma el movimiento lineal en
circular de la rueda principal y de esta pasara al eje del generador por medio de bandas. En la
bicicleta invertida, la rueda es movida por medio del movimiento de brazos y manos del usuario y
este se transmitir a la flecha de salida; la adaptacin de este mecanismo es tambien til para
usuarios que tengan discapacidades fsicas o se encuentren en rehabilitacin fsica. El dispositivo
tambin toma en cuenta aspectos psicolgicos que motivarn una actividad recreativa de mayor
satisfaccin personal al obtener un valor agregado mediante la produccin de energa elctrica de
una manera limpia y renovable que puede ser utilizada en electrnica personal, iluminacin y
equipos de DC de bajo consumo de energa principalmente proveyendo una mquina que genere
energa elctrica de una forma nueva, recreativa y ecolgica para ser utilizada o almacenada en
una batera emergente para el abastecimiento domestico.
Abstract
The use of alternate and/or renewable energy sources to generate electricity, has led
research centers to work in many projects about this subject. In Mxico, it is necessary to
raise awareness between people about the use of renewable energy sources because
electricity production costs increase everyday. The present work shows a piece of an
effort done by some researchers at CICATA-IPN Queretaro, Mexico, to develop
environment-friendly intelligent buildings, which consider the use of clean-renewable
energy as a complement for their whole energy requirements.
Solar, wind, and human-powered energy sources have been considered as good
options for the buildings. Human-powered energy gave birth to the idea of constructing
an exercise machine to generate electricity. This machine was designed to be manipulated
by the user through three different exercises: stationary bike, stationary rowing and the
inverse stationary bike (using both hands). Electricity could be generated by directing all
exercises to an exit axle connected to an electrical generator. In the case of the stationary-
bike exercise type, the main wheel (pulley) is moved by the users both legs, transmitting
the movement-generated power to the exit axle using bands. For the stationary-rowing
exercise type, a double four-bar Grashof mechanism was used like a locomotive machine.
A continuous rowing exercise moves the four-bar mechanism where a connecting rod
changes linear movement into circular movement in the main wheel, where it is directed
to the generator axle using bands. In the inverse-stationary-bike exercise type, the main
wheel is moved by the users both arms and hands and power is transmitted to the exit
axle. The device design allows for its use by persons with disabilities and those under
rehabilitation programs. Additionally, the device could induce more psychological
satisfaction on performing a recreational activity, by obtaining the additional benefit of
producing clean, renewable electric energy, which can be used to charge electronic
personal devices, regular and emergency illumination, to operate low DC consumption
equipment, providing a complete exercise machine that generates electrical energy in a
new, recreational and ecological way for being used or stored in a battery to deliver DC
energy to buildings.
ndice de figuras
Figura 1-1. La altura del silln y del manillar nicos inconvenientes en las bicicletas estticas de
antes. (Figura tomada de http://www.menshealth.es/scripts/noticias/ficha.asp?ID=1052 )........ 13 Figura 1-2. Las bicicletas estticas de hoy estn sencillamente optimizadas (Figura tomada de
http://www.menshealth.es/scripts/noticias/ficha.asp?ID=1052 )................................................... 15 Figura 1-3. Estructura del Sector Energtico en Mxico ........................................................................ 22 Figura 1-4. Las fuentes de energa primaria. El petrleo, carbn y gas forman el 80% de la energa
primaria. Las fuentes de energa renovable como la solar, del viento y geotrmica apenas llegan
al 0.5%. .............................................................................................................................................. 26 Figura 1-5. a) Uso del combustible fsil para diferentes propsitos; b) El uso de la energa para la
generacin de la electricidad............................................................................................................ 27 Figura 1-6. Fases en el diseo que reconoce las muchas retroalimentaciones e iteraciones................. 31 Figura 1-7. Esquema de mecanismo de cuatro barras ............................................................................ 32 Figura 1-8. Imagen que ilustra el concepto de la antropometra........................................................... 34 Figura 1-9. Dimensiones antropomtricas mas importantes a considerar en un diseo ...................... 38 Figura 2-1. Generadores elctricos comerciales....................................................................................... 40 Figura 2-2. Logotipos de las diferentes organizaciones que han apostado por el gasto energtico de los
seres humanos como fuente de energa para la creacin de electricidad ..................................... 41 Figura 2-3. Patente de maquina que utiliza la potencia mecnica de la bicicleta para mover un
compresor y de ah generar energa elctrica................................................................................. 42 Figura 2-4. Mquinas multimodo que combinan la bicicleta con la remadora.................................... 43 Figura 2-5. En pases como la India los sistemas emergentes de generacin de electricidad estn
comenzando a ser utilizados en zonas rurales ................................................................................ 43 Figura 3-1. Primer diseo conceptual de la maquina ejercitadora multifuncional .............................. 49 Figura 3-2. Diseo conceptual tomado como modelo para el diseo del dibujo ergonmico y mecnico
............................................................................................................................................................ 50 Figura 3-3. Se observa en base a dimensiones antropomtricas la altura que debe tener la cara
superior de la banca (aproximadamente 30 cm.) con respecto al piso. ....................................... 52 Figura 3-4.Se observa en base a dimensiones antropomtricas la longitud total de la banca.............. 53 Figura 3-5. Dimensiones antropomtricas para el hombre (dimensin B) y para la mujer (dimensin
A) para posicionar el pie en el pedal utilizado en el mecanismo de bicicleta fija. ....................... 53 Figura 3-6. Dimensin antropomtrica que deber tener la polea para el ejercicio de bicicleta
inversa.............................................................................................................................................. 55 Figura 3-7. Se muestra la distancia a la que el soporte de la polea para el ejercicio de bicicleta
inversa debera colocarse con respecto al usuario. Note que la distancia en el dibujo (28.44
cm.) es menor a la considerada como mxima (41.402 cm.).......................................................... 55 Figura 3-8 Dimensiones antropomtricas relacionadas con el diseo del asiento................................. 57
Figura 3-9 Diseo 1 de la banca. En esta se puede observas el ngulo de inclinacin con respecto a la
horizontal........................................................................................................................................... 58 Figura 3-10 Isomtrico de la banca........................................................................................................... 59 Figura 3-11. Banca conectada con el posicionador de altura................................................................. 59 Figura 3-12 La banca se hace armadura con el posicionador de alturas, dando mayor rigidez y
seguridad............................................................................................................................................ 60 Figura 3-13 Vista frontal donde se muestra la colocacin de los anillos fijadores para evitar el
desplazamiento lateral de la banca.................................................................................................. 61 Figura 3-14. a),b),c): Varias alternativas para esconder el poste y la polea utilizados slo en el
ejercicio de bicicleta inversa......................................................................................................... 62 Figura 3-15 Posicionador de polea para bicicleta fija (a) y bicicleta inversa (b) .............................. 63 Figura 3-16. Se muestra el concepto original para el mecanismo de remo............................................ 64 Figura 3-17. Se muestran los dos mecanismos: doble-balancn y balancn manivela de Grashof ....... 65 Figura 3-18. Muestra las razones del cambio de posicin de la chumacera .......................................... 66 Figura 3-19 Se propone el nuevo lugar de la chumacera ........................................................................ 66 Figura 3-20. Sntesis dimensional del mecanismo balancn-oscilatorio ................................................. 67 Figura 3-21. Se muestra la sntesis dimensional de los dos eslabonamientos que sern activados por el
ejercicio de remo por parte del usuario que terminara en la rotacin de la vuelta de la polea
principal............................................................................................................................................. 68 Figura 3-22 Vista lateral del ejercitador donde se aprecia la longitud mxima del Remo es de 70 cm
............................................................................................................................................................ 70 Figura 3-23 Vista superior del ejercitador donde se muestra la dimensin de 50 cm que tendrn de
separacin los brazos del remo ........................................................................................................ 71 Figura 3-24 Vista isomtrica del ejercitador........................................................................................... 71 Figura 3-25. Vista isomtrica del mecanismo con el sistema de pedales................................................ 72 Figura 3-26 Vista lateral donde se aprecia la longitud entre centros considerada para la seleccin de
la banda.............................................................................................................................................. 74 Figura 4-1 Maquina ejercitadora donde se midi la fuerza que una persona puede aplicar a una
remadora............................................................................................................................................ 77 Figura 4-2 Sujeto 1 trabajando en la maquina ejercitadora................................................................... 78 Figura 4-3 Sujeto 2 trabajando en la maquina ejercitadora................................................................... 79 Figura 4-4. Potencia necesaria en funcin de la velocidad para un ciclista profesional. ...................... 81
ndice de Tablas
Tabla 1-1. Dosis de ejercicio segn la poblacin ...................................................................................... 19 Tabla 1-2. Aparatos comunes utilizados en el hogar y su consumo mensual ........................................ 24 Tabla 1-3. Gasto energtico en base a actividad fsica y diferentes tiempos de duracin .................... 29 Tabla 1-4. Interaccin entre los factores que sustentan a la ergonoma como una tcnica preventiva
integral ............................................................................................................................................... 35 Tabla 1-5. Dimensiones antropomtricas para el hombre y la mujer.................................................... 37 Tabla 2-1. Pruebas elctricas hechas en bicicleta, no esttica, donde el generador elctrico era
considerado un accesorio ms.......................................................................................................... 39 Tabla 3-1. Relacin de altura del chasis de las bicicletas de montaa y de carreras en funcin de la
altura del usuario. ............................................................................................................................. 54 Tabla 3-2. Comparacin de caractersticas entre dispositivos mecnicos para la transmisin de
potencia.1............................................................................................................................................ 73 Tabla 4-1 Caractersticas fsicas de los usuarios...................................................................................... 77
Captulo 1 Introduccin
El presente trabajo describe la forma en que fue concebida, diseada y construida una
maquina para hacer ejercicio. Esta maquina tiene entre otras caractersticas, la de servir
para poder realizar en ella tres tipos de ejercicios cuando comnmente las maquinas para
hacer ejercicio comerciales presentan solo dos modalidades; adems el movimiento del
usuario transmitir el movimiento a los mecanismos que conforman la mquina y estos a
su vez estarn dirigidos a una flecha de salida con el fin de que esta pueda servir para
mover algn otro dispositivo, como por ejemplo un generador elctrico. La estructura de
este trabajo es de la siguiente manera: En la primera seccin se dan los antecedentes
histricos de los mecanismos diseados y construidos con la finalidad de ejercitar las
diferentes partes del cuerpo humano. En la segunda seccin se exponen los factores ms
importantes que fueron considerados durante el diseo del mecanismo objeto de este
trabajo. En la tercera seccin se exponen los fundamentos y definiciones ms necesarias
en las que se basa el diseo y construccin del mecanismo.
La parte posterior a la introduccin, est organizada como sigue. En el captulo 2 se dan
los antecedentes, justificacin y objetivos del trabajo. En el captulo 3 se describe el
desarrollo de la maquina ejercitadora. En el captulo 4 se analizan dichos resultados, y
finalmente, en el captulo 5, se dan las conclusiones de esta tesis y se mencionan las
perspectivas y el trabajo a continuar en este tema.
1.1 Antecedentes Histricos de los mecanismos ejercitadores
Desde su aparicin, el hombre, en base a su actividad fsica ha realizado tareas como
construir, cazar o explorar sitios inhspitos para desarrollar la base de una sociedad. Sin
embargo, la prudencia y la fuerza fsica con la que eran sometidas las antiguas sociedades
desencadenaron la esclavitud. En el antiguo Egipto los ejrcitos practicaban ejercicios de
luchas y combates con palos, por otro lado, los cretenses entrenaban combatiendo con
toros.
En el siglo XVI, Guth Maths publica en 1793 su obra Gymnastik fiir die Jugend
(Gimnasia para jvenes) donde se resalta la importancia de los ejercicios gimnsticos
llegando a proponer que el Estado deba encargarse de la organizacin y cuidado de los
ejercicios corporales de los ciudadanos (hacer el ejercicio inmediatamente despus de
levantarse, al aire libre y dependiendo del sexo, edad, constitucin fsica y profesin) 2.
Con la revolucin industrial del siglo XVIII, los postulados de Rene Descartes y Francis
Bacn acerca de que el conocimiento de la naturaleza a travs del desarrollo cientfico
permitira el desarrollo ilimitado de las potencialidades productivas se cumplan y con
esto se sistematizaron diversas situaciones en la modernidad de aquella poca donde la
actividad fsica no fue la excepcin.
Es en Estados Unidos, con la invencin de la bicicleta, donde comienzan a fomentarse los
paseos para las sociedades acomodadas estudiando los beneficios en el organismo as
como la disponibilidad psicolgica a las actividades de la vida cotidiana. La
sistematizacin de este dispositivo puede apreciarse en la Figura 1-1. En donde se
muestra una maquina ejercitadora, especficamente una bicicleta esttica, de gran calidad.
Figura 1-1. La altura del silln y del manillar nicos inconvenientes en las bicicletas estticas de
antes. (Figura tomada de http://www.menshealth.es/scripts/noticias/ficha.asp?ID=1052 )
Pero es hasta el siglo XX, entre 1958 y 1967 cuando comienza el estudio cientfico,
hecho por suecos, acerca de la adaptacin del corazn al ejercicio fsico (disminucin de
tensin arterial, del ritmo cardiaco en reposo, disminucin en factores de riesgo en
enfermedades cardiacas). En Alemania, en 1967, Otto Neumann en su publicacin
Gimnasia para todos propone una visin contempornea de la actividad fsica en una
poca de automatizacin proponiendo las desventajas de llevar una vida sedentaria y
una modificacin en el consumo adecuado de la alimentacin ordenada para obtener
resultados que repercutan en la esttica corporal. En Estados Unidos Kenneth Cooper,
1968, publica su mtodo de acondicionamiento fsico, enfocado a personas menores de
30 aos.
En Mxico, durante el gobierno de Jos Joaqun Herrera (1844-1846), el ejrcito se
convierte en la primera institucin en incorporar oficialmente la prctica de ejercicios
gimnsticos. En el gobierno de Adolfo Lpez Mateos (1958-1964) los programas de
educacin fsica se orientaron hacia la proteccin de la salud y mejoramiento del vigor
fsico bajo fundamento biolgico. En el sexenio de Gustavo Daz Ordaz (1964-1970) se
increment la infraestructura en las instalaciones deportivas debido a la celebracin de
los juegos olmpicos. En el sexenio de Ernesto Zedillo Ponce de Len (1994-2000) se
implement el programa de Educacin Fsica y deporte por un lado para mejorar la
calidad de vida de los mexicanos promoviendo la formacin de hbitos de salud mediante
la practica sistemtica de la educacin fsica y el deporte y por otro para mejorar el nivel
competitivo de los atletas. Dentro del sector privado surgieron Centros de
acondicionamiento fsico integrales, con el concepto de bienestar y salud, dejando atrs el
concepto de gimnasio tradicional donde solo se practicaba el culturismo abrindose
lugares donde las personas asisten para realizar actividad fsica con maquinas de ejercicio
de tecnologa avanzada como la que se muestra en la Figura 1-2 que es una bicicleta
estacionaria actual, donde se ha ganado en aspectos ergonmicos y en electrnica ya que
existen programas que simulan una carrera de ciclistas.
Figura 1-2. Las bicicletas estticas de hoy estn sencillamente optimizadas (Figura tomada de
http://www.menshealth.es/scripts/noticias/ficha.asp?ID=1052 )
En el sexenio de Vicente Fox Quesada (2001-2006) se busc la activacin fsica de la
poblacin para erradicar paulatinamente el sedentarismo de la vida cotidiana de los
mexicanos, ya que entre los pases con ms alto ndice de obesidad se encuentran Gran
Bretaa, Canad, Estados Unidos y Mxico donde se estima que dos de cada tres
personas de la poblacin sufre de obesidad y sobrepeso aparte de que el riesgo de
prevalecer en la poblacin de ms de 20 aos es de 30% en hipertensin arterial,10.7% de
diabetes y el 12.7% prediabetes.3
Hacia a donde irn estas maquinas ejercitadoras? Aun se pude ganar en comodidad, ya
que poco se puede hacer en cuanto al aspecto del movimiento, sin embargo, tal vez en su
utilidad este el cambio.
La historia de la obtencin de energa elctrica por medio de fuentes de energa
renovables no dista mucho de las maquinas para hacer ejercicios ya que el gasto
energtico podra ser aprovechado para combatir una problemtica central que es la
proteccin del ambiente y no el de la carencia de recursos energticos (la pobreza
energtica estar presente ya que se pronostica que en el ao 2030, 2600 millones de
personas dependern aun de la biomasa tradicional para calentar y cocinar, y 1400
millones aun no tendrn electricidad). Los pases hoy an basan su crecimiento
econmico en los combustibles fsiles tales como el aire, gas, y el petrleo entre otras
como si fueran inagotables por lo que las transiciones energticas corresponden a las
generaciones presentes.
Se puede sacar provecho del gasto energtico, como energa renovable, comenzando con
economizar la energa en una edificacin inteligente beneficiando su iteracin con el
medio ambiente.
As que una nueva vertiente que las maquinas ejercitadoras pueden emprender es a servir
como medios de transformacin de energa, as que no sern nuevas maquinas sino mas
bien conceptos revolucionarios y saludables que pueden marcar a nuestra generacin.
Ahora el usuario entrara a prueba con su propia fatiga fsica. El beneficio es triple, por un
lado la satisfaccin de contribuir a la propia salud fisiolgica, despus el de poder
disponer de un dispositivo tecnolgico de consumo energtico externo nulo y que mas
bien permite generar energa, y por ltimo que esta contribuyendo a proteger el medio
ambiente.
No se trata de aumentar la disponibilidad de energa y de bienes materiales sino
principalmente de asegurar la calidad de vida. Esfuerzos en esta direccin estn siendo
realizados por la agencia de proteccin ambiental de los Estados Unidos de Amrica,
realizando foros como el del 2006 titulado Tu salud, tu ambiente, tu futuro (Your health,
your environment, your future).4 Otro ejemplo es la asociacin Peswiki que esta
enfocada en soluciones energticas renovables, alternas, limpias y prcticas.5
1.2 Situacin actual de los factores que motivan el desarrollo de este trabajo
1.2.1 Salud
El ejercicio fsico regular ayuda a mejorar la calidad de vida previniendo enfermedades o
condiciones degenerativas e incapacitantes tales como: la cardiopata coronaria,
hipertensin, diabetes sacarina, la obesidad y sus complicaciones, enfermedades cerebro
vasculares, osteoporosis y artritis prematura;6 adems de otras como condiciones/dolores
en la espalda baja, con una incidencia anual del 10% al 15% y su prevalencia del 15% al
45%. 7,4
Debemos tomar la definicin de ejercicio, como la serie de movimientos especficos para
entrenar o desarrollar el organismo a travs de una prctica rutinaria dirigida a promover
un buen estado de salud. El objetivo fundamental de la prescripcin de ejercicio es
proveer aquella ayuda necesaria para que los participantes puedan modificar su
comportamiento hacia un estilo de vida ms activo. La planificacin del programa de
ejercicio se estructura de tal forma que se puedan desarrollar los componentes de la
aptitud fsica relacionados con la salud como: la tolerancia cardiorrespiratoria, la
composicin corporal, flexibilidad y la fuerza y tolerancia muscular.
Si la persona tiene una edad mayor de 40 aos se recomienda que realice un examen del
estado de salud y condicin fsica antes de comenzar un ejercicio al que no se esta
acostumbrado (existen casos documentados evidenciando ataques al corazn u otros
males producidos durante el ejercicio debido a que las personas piensan estar preparadas
cuando no lo estn). Estos exmenes consisten en cuestionarios completados por los
participantes, el examen medico efectuado por un medico, anlisis de los factores de
riesgo relacionados a las enfermedades coronarias, pruebas ergo mtricas, diagnosticas de
tolerancia cardiorrespiratoria, pruebas diagnosticas cardiovasculares avanzadas.6
La planificacin y diseo del programa de ejercicio individualizado deben ser capaces de
sobrecargar a una dosis apropiada los sistemas fisiolgicos/orgnicos del participante
durante cada sesin de ejercicio, de manera que los tejidos puedan adaptarse a la carga
bajo la cual se someten. Con esto se obtendr un alto nivel de seguridad y efectividad
para el programa ha ser estructurado e implementado. Segn el Colegio Americano de
Medicina Deportiva (American College of Sports Medicine - ACSM, 1995), los
componentes que debe incluir la prescripcin de ejercicio para el desarrollo de la aptitud
cardiorrespiratoria en adultos son: un calentamiento previo, el tipo o modo de actividad,
la intensidad, la duracin, la frecuencia, un enfriamiento y con el tiempo la progresin.8
Hay varias maneras para determinar la intensidad del ejercicio. Una de las ms comunes
y fciles es utilizando la frecuencia cardiaca (o pulso). Un mtodo sencillo es el de
calcular un por ciento dado para la frecuencia cardiaca mxima (FCmx) ajustada a la
edad. Lo primero que se hace es determinar la frecuencia cardiaca mxima. En trminos
generales, la FCmx representa la frecuencia cardiaca registrada a la intensidad ms alta
obtenida durante una prueba ergo mtrica mxima de esfuerzo. Este valor se puede
determinar directamente por medio de una prueba ergo mtrica de tolerancia
cardiorrespiratoria a niveles mximos, donde se monitorea la frecuencia cardiaca. De no
ser posible llevar a cabo esta prueba, la FCmx se puede estimar restndole la edad del
participante de 220 (220 - Edad). Luego se multiplica el por ciento de entrenamiento
deseado (el cual puede fluctuar de 55 a 90% de la frecuencia cardiaca mxima a justada a
la edad) por la frecuencia cardiaca mxima. La frecuencia cardiaca de entrenamiento
(FCE se puede verificar tomando el pulso en la arteria radial o la cartida. Es muy
importante enfatizar que cuando se verifique el pulso, mantenerse movindose para evitar
un posible mareo o desmayo.9
La Tabla 1-1 muestra el tipo de ejercicio recomendado, su intensidad, duracin y
frecuencia para distintos tipos de poblacin. Generalmente, la poblacin a la que va
encaminada el aparato ejercitador multifuncional es aquella ejercitante moderada y
ejercitante espordico o sedentario.
Tabla 1-1. Dosis de ejercicio segn la poblacin
Poblacin o nivel de ejercicio
Frecuencia (veces/semana)
Intensidad
(FCmx-reserva)
Duracin (minutos) Tipo de ejercicio
Envejecientes, enfermos, sedentarios
3/semana 40-60 % 10-20 Caminar, ejercicios en el agua, ciclismo, deportes recreativos de bajo impacto
Ejercitante espordico o sedentario
3/semana 50-70% 15-30 Caminar, ciclismo, natacin
Ejercitante moderado 3-5 /semana 60-90% 20-60 Trotar, correr, natacin, ciclismo, remo
Atleta competitivo y elite 5-7/ semana 75-95% 60-300 Destreza y prcticas competitivas, entrenamiento con pesas
NOTA: Adaptado de: Hyatt, Gwen. "A New Look at Exercise Prescription". IDEA TODAY. Vol. 8, No. 8, (September, 1990), p. 40.
La duracin del ejercicio depende a la intensidad en que se efecte el ejercicio. Por lo
tanto, entre menor sea la intensidad de la actividad fsica, mayor deber ser su
duracin. La duracin de un ejercicio/actividad fsica de naturaleza aerbica, continua o
discontinua, debe fluctuar entre 15 a 60 minutos (ACSM, 1995), con un gasto energtico
mnimo de 300 kilocalora (Kcal.) por sesin de ejercicio. Por lo regular, se recomienda
que el ejercicio sea uno de mayor duracin pero de poca o moderada intensidad; esto se
conoce como un ejercicio de tipo aerbico.
La frecuencia o las veces por semana en que se va a realizar el ejercicio, puede fluctuar
de 3 a 5 veces por semana. Esto depender del nivel inicial de la aptitud fsica del
individuo. Se recomienda que el gasto energtico por semana sea de 1000 kcal. Para
poblaciones que poseen capacidades funcionales mayores de 5 METs (El MET
representa los mltiplos de la tasa metablica en reposo (3.5 ml/kg/min)), se sugiere que
el programa de ejercicio se efecte como mnimo 3 veces por semana en das alternados.
No obstante, las adaptaciones ptimas al ejercicio se observan cuando estos participantes
se ejercitan a intensidades moderadas, 7 veces por semana (ACSM, 1995).
Por lo tanto se recomienda que el programa de ejercicio dirigido a desarrollar la
tolerancia cardiorrespiratoria debe incluir actividades fsicas que utilicen grandes grupos
musculares que se mantengan continuamente (por un perodo prolongado) y rtmicamente
y que sean de naturaleza aerbicos tales como: caminar, trotar (jogging), correr, nadar,
correr bicicleta, patinar (sobre ruedas o sobre hielo), remar, baile (aerbico, disco, y
ballet), esqu nrdico o de campo traviesa (puede se un equipo diseado para
interiores/bajo techo) subir y bajar escaleras o un banco (este ejercicio puede ser algo
extenuante, dependiendo de la altura del banco/escaln y condicin fsica de la persona) y
deportes que envuelven correr (baloncesto, tenis, balompi, entre otros).
1.2.2 Energa
La ubicacin geogrfica y orogrfica ha permitido a Mxico disponer de un significativo
potencial de generacin elctrica con energa renovable, en especial la hidroelctrica y la
geotermia. Sin embargo, aunque su sector de energa se estructura como lo indica la
Figura 1-3, no existe un marco legal, as que diferentes organizaciones como la SENER
(Secretaria de Energa), interesada entre otras cosas en el desarrollo de fuentes renovables
en zonas rurales as como la creacin de fideicomisos sectoriales de investigacin en
materia de energa y medio ambiente; la CONAE (Comisin Nacional para el Ahorro de
Energa) y la ANES (Asociacin Nacional de Energa solar) han creado la COFER
(Consejo Consultivo para el Fomento de las Energas Renovables,
http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_243_cofer) con el propsito, junto con otras
instituciones de inters y desarrollo tecnolgico, de promover las energas renovables.
El inters publico en cuanto a la necesidad de legislar debe existir ya que: las fuentes
energticas son bienes pblicos, el consumo energtico incide en patrimonio natural, la
eficiencia energtica es un derecho del consumidor, el desarrollo sustentable debe
proyectarse como el propsito central en el crecimiento, competitividad, proteccin
ambiental y la equidad social, el Estado es soberano en el aprovechamiento de los
recursos renovables y no renovables que son patrimonio de la nacin, adems determina
la poltica nacional del ambiente y promueve el uso sostenible de los recursos naturales
as como el desarrollo cientfico y tecnolgico del pas.
Actualmente el uso de energas renovables en Mxico se da en una porcin inferior a su
potencial segn el reporte del Balance Nacional de Energa 2005, en la que se seala que
solamente el 3.6% de la oferta interna bruta de energa primaria se compuso de fuentes
renovables de energa, lo que se compara con el uso de hidrocarburos, cuya participacin
en la oferta interna bruta de energa primaria fue de 89.4%.10
As que entre otros proyectos, dentro del pas, se han identificado mas de 100 sitios para
el aprovechamiento de la energa de las cadas de agua (principalmente en regiones de
Veracruz y Puebla) donde se estima una generacin de hasta 3,570 GWh/ao en base a
mini hidrulica. Adems, en el 2001 se contaba con pequeas cargas distribuidas de ms
de 115 mil metros cuadrados en sistemas fotovoltaicos instalados en el pas, entre los que
se encuentran plantas hibridas que generaron cerca de 8 GWh/ao. Al 2012 se esperan 30
MW instalados y 18 GWh/ao de energa.
Segn informes de la Comisin Reguladora de Energa en Mxico se encuentran
autorizados tres proyectos municipales y uno industrial, en el periodo del 2003 al 2012,
los cuales contemplan una capacidad de aproximadamente 500 MW adicionales por
aerogeneradores ya que comercialmente se encuentran disponibles aerogeneradores desde
0.5 hasta 1.5 MW de potencia nominal, tambin existen prototipos con una potencia de
3.0 MW. Por otra parte, el Instituto de Investigaciones Elctricas estima que la
produccin de residuos slidos municipales en el pas es de 90 mil toneladas diarias, con
lo que es una alternativa rentable en ciudades grandes y medianas. En el 2003 se puso en
marcha el primer proyecto de generacin de energa elctrica a partir del biogas generado
por la fermentacin anaerobia de residuos slidos orgnicos municipales en Nuevo Len.
La CFE que es el nico desarrollador en Mxico de proyectos geotrmicos, ha
establecido la existencia de diversas manifestaciones termales en el pas. Se estima que el
potencial geotrmico de Mxico en sistemas hidrotermales de alta entalpa permitir
generar cuando menos 2 400 MW.
Figura 1-3. Estructura del Sector Energtico en Mxico
Por otro lado considerando el contenido en la Ley de Servicio Pblico de Energa
Elctrica (LSPEE) se ha planteado la creacin de una Ley de Energas Renovables que
atienda varios aspectos del sector elctrico, entre los cuales destacan:
La CFE estar obligada a fomentar que el 18% de la generacin de electricidad del pas sea renovable para el ao 2015.
Adicionar al artculo 3 de la Ley del Servicio Pblico de Energa Elctrica (LSPEE) la figura de productor renovable. Esta figura podr autoabastecerse de electricidad y venderle a la CFE y LyFC sus excedentes.
Se otorgarn a los inversionistas en proyectos renovables incentivos fiscales y financieros.
Incentivar la coordinacin y las sinergias entre los recursos elicos, hidrulicos y sistemas de almacenamiento (bateras cargadas con generadores elicos o sistemas fotovoltaicos) para asegurar la calidad y continuidad del suministro elctrico a partir del uso en gran escala de sistemas fotovoltaicos.
Aplicacin de incentivos de largo plazo en funcin de la generacin elctrica producida que aseguren la rentabilidad de los proyectos.
Otorgamiento de crditos blandos de desarrollo rural para los municipios o usuarios de estos sectores que se interesen en aprovechar este recurso.
Secretaria
de Energa
Sector Hidrocarburos
Gobierno
Sector Electricidad
PEMEX, PP, PEP, PPR, PGPB,
Instituto Mexicano del Petrleo
CFE, LFC, Instituto de
Investigaciones elctricas
Comisin reguladora de energa, Comisin
Nacional para el Ahorro de energa, Comisin
Nacional de seguridad nuclear y salvaguardias
Instaurar programas para cubrir necesidades elctricas domsticas, de proyectos productivos y educativos en comunidades rurales aisladas empleando Fuentes renovables de energa (micro, mini y pequeo hidrulico, solar, elico y de biomasa)
Extensin del subsidio proveniente del sector elctrico a los 5 millones de habitantes que viven en zonas alejadas de la red elctrica para financiar proyectos renovables de electrificacin rural.
Equipar con mdulos fotovoltaicos hospitales rurales que se encuentren, principalmente ,en zonas no electrificadas para la refrigeracin de medicinas
La cantidad de energa que utilizamos todos los das depende de cmo vivimos y que
actividades hacemos. Si se quiere saber cuanta energa usamos, debemos saber cuanto
tiempo usamos los dispositivos elctricos. Una gua para el uso eficiente de la energa en
la vivienda editada por Fomento a la Vivienda (CONAFOVI) es muy til para el ahorro
de la energa.11
Para asegurar la disponibilidad de energticos al menor costo utilizando eficientemente
todos los recursos de energa al alcance sin dejar de respetar el medio ambiente para
impulsar el crecimiento econmico y el bienestar social a largo plazo[8], puede decirse
que en nuestro pas el uso de las nuevas fuentes renovables de energa tanto del lado de la
oferta como de la demanda an esta en desarrollo y las polticas orientadas a fomentarlas
se reducen a las que se incluyen en los programas nacionales de energa.
En la Tabla 1-2 se presentan un extracto del consumo energtico de los electrodomsticos
comnmente utilizados en el hogar. En las columnas se tienen los siguientes datos,
nombre del electrodomstico, la Potencia (promedio) en Watts, el tiempo de uso al da
(perodos tpicos), el tiempo de uso al mes (horas) y su consumo mensual kilowatts-hora
(Watts/1000) X hora. Es importante considerar adems del consumo promedio, el tiempo
de uso, ya que ambos factores son los que determinan el impacto del electrodomstico en
el gasto energtico final.
El uso de la actividad humana para generar electricidad y otras necesidades de energa ha
sido olvidado en gran medida, provocando una problemtica de salud y contaminacin.
La red denominada PES network, Inc considera a la fuerza humana como una de las
alternativas para obtener energa gratis.12
Tabla 1-2. Aparatos comunes utilizados en el hogar y su consumo mensual
Aparato Potencia
(promedio)
Watts
Tiempo de uso al da
(perodos tpicos)
Tiempo de uso al mes
(horas)
Consumo mensual
kilowatts-hora
(Watts/1000) X hora
Videocassetera o DVD 25 3 h 4 veces/sem 48 1.2
Licuadora baja potencia 350 10 min./da 5 2
Licuadora alta potencia 500 10 min./da 5 4
Radio grabadora 40 4 h/da 120 8
Stereo musical 75 4 h/da 120 9
TV color (13-17 pulg.) 50 6 h/da 180 10
TV color (32- 43 pulg.) 250 6 h/da 180 45
TV color (43-50 pulg. Plasma) 360 6 h/da 180 65
Equipo de computo 300 4 h/da 120 36
Refrigerador (11-12 pies cbicos) 250 8 h/da 240 60
Refrigerador (25-27 pies cbicos) 650 8 h /da 240 156
Focos incandescentes (8 de 60 W
c/u)
480 5 h/da 150 72
Focos fluorescentes (8 de 15 W c/u) 120 5 h/da 150 18
Telfono celular
Computadora personal
1.2.3 Edificaciones inteligentes
La pregunta obligada como habitante de un pas subdesarrollado es: Qu tan accesible
podra ser una casa habitacin inteligente para mi bolsillo? Conociendo la definicin de
casa o edificio inteligente tal vez ayude a generar una conclusin en cuanto a que si se
puede construir y habitar una de ellas an con nuestra economa.
Algunos autores definen a las casas inteligentes como: Aquella en la cual casi todas las
facetas de servicios de la edificacin son coordinados mediante sensores controlados
mediante computadora. La capacidad para telecomunicaciones es la determinante ms
significativa de la inteligencia de una construccin 13. Otra definicin cita: Una
edificacin o conjunto de edificaciones con propsitos recreacionales, de salud,
residenciales, de trabajo, educacionales o de otro tipo que posee una red integral de
telecomunicaciones, ofreciendo una variedad de servicios de computacin y
telecomunicaciones a los ocupantes de la edificacin. Dichos servicios han sido
articulados para asegurar un ambiente ms favorable a seguridad, productividad y
creatividad que aquel provisto por edificaciones ordinarias. Otra definicin a considerar
es: Construcciones inteligentes son aquellos edificios en los que el control y regulacin
de los sistemas que lo integran tanto de electricidad, seguridad, comunicaciones,
informtica, transportes, etc., se hace de manera integrada y automatizada, obteniendo un
mayor aprovechamiento de la energa y un mayor confort adems de contar con un
conjunto de servicios aadidos que podrn ir mejorando cuando los adelantos
tecnolgicos lo posibiliten. Estos edificios se caracterizan por su pluridisciplinariedad,
integracin y su concepto dinmico 14, 15, 16.
Por lo tanto una casa inteligente aborda los siguientes componentes:
Sistemas de un edificio Servicios de un edificio Estructura del edificio Administracin del edificio
1.3 Fundamentos y definiciones
1.3.1 Definiciones bsicas
Las energas que se renuevan constantemente como la energa potencial del agua, la
energa cintica del viento o la energa solar son conocidas como energas renovables. La
Biomasa, sinnimo de materia orgnica, fue una de las primeras fuentes de energa que
se utilizaron y que aun contina sindolo, principalmente en forma de desechos slidos,
residuos agropecuarios y de los bosques como la madera y las plantas que pueden ser
consideradas renovables si se les permite volver a crecer; por otro lado, el calor
geotrmico tambin es una fuente renovable ya que el calor dentro de la tierra es
demasiado y nunca desaparecer. Generalmente, las unidades que generan electricidad de
estas fuentes normalmente son pequeas, tales como los paneles solares o los
aerogeneradores permitiendo que estas fuentes se utilicen para generar la electricidad
cerca de donde se desea usar.
Los combustibles fsiles se llaman as porque se formaron hace muchos millones de
aos, estn formados por plantas y animales prehistricos que se descompusieron y
llegaron a ser quemados bajo capas de roca, lava y arena, El petrleo y el gas natural
fueron creados de organismos que vivieron en el agua y fueron quemados bajo
sedimentos del ocano. El petrleo esta compuesto de hidrocarburos, los cuales son
cadenas largas de tomos de carbn con tomos de hidrogeno unidos a ellos. El gas
natural esta hecha principalmente de metano (CH4) un componente que tiene un tomo de
carbn rodeado por cuatro tomos de hidrogeno. El metano es altamente flamable y se
quema completamente. El carbn es el combustible ms pleno en la familia de los fsiles
y hoy es utilizado para generar electricidad. Los combustibles fsiles proveen el 80 % de
toda la energa en el mundo.17
Figura 1-4. Las fuentes de energa primaria. El petrleo, carbn y gas forman el 80% de la energa
primaria. Las fuentes de energa renovable como la solar, del viento y geotrmica apenas llegan al
0.5%.
a) b)
Figura 1-5. a) Uso del combustible fsil para diferentes propsitos; b) El uso de la energa para la
generacin de la electricidad
1.3.2 Gasto energtico
El Gasto energtico por actividad fsica humana puede considerarse dentro de la
definicin de energas renovables ya que nuestro cuerpo utiliza energa contenida en los
alimentos que son considerados renovables. El cuerpo humano procesa la comida para
hacer trabajo til como caminar, mover los msculos, crecer y otras actividades. Tal vez
esta energa no mueva aerogeneradores como el viento, ni tampoco turbinas como las
cadas de agua, pero si puede dar movimiento a los mecanismos que constituyen a las
maquinas para hacer ejercicio.
Si queremos saber cuanta energa usamos partiremos de su definicin: Energa es la
capacidad de hacer un trabajo. La energa es medida en joules (J) y un joule es la cantidad
necesaria para levantar una masa de 100 gr. sobre un metro. Para ser ms precisos la
frmula es:
E = mgh
Donde E= la energa
m= la masa
g = la aceleracin de gravedad que tiene un valor de 9.81 m/s2
h = la altura de un metro
La energa de la comida esta expresada en una unidad diferente al joule y es la calora. La
calora es la energa necesaria para calentar un gramo de agua, un grado centgrado. Una
calora equivale a 4.19 joule.
El gasto de energa alrededor de 1000 kcal. (4200 k.o.) por semana el equivalente a
caminar 1 hora 5 das a la semana-, se asocia con beneficios a la salud, as que la
actividad fsica se recomienda como una terapia preventiva de enfermedades
cardiovasculares para gente de todas las edades. El ejercicio aerbico se refiere a la
habilidad del cuerpo para transportar y usar oxigeno durante un ejercicio prolongado. El
ejercicio anaerbico se refiere a la habilidad para producir energa sin el uso del oxigeno.
Entre los ejercicios anaerbicos se encuentran el ciclismo, correr y caminar, aunque
investigaciones recientes han postulado que la capacidad anaerbica juega un papel muy
importante en muchas actividades de la vida diaria.9
La gente obesa debe cuidarse de los efectos de esta enfermedad cuando desee utilizar el
ejercicio como una parte de la solucin a esta enfermedad. Por ejemplo, para la gente
obesa sera ms cmodo utilizar dispositivos de ejercicio que soportar su propio peso, la
bicicleta estacionaria que las caminadoras, y que correr. La mayora de las enfermedades
padecidas se ven favorecidas por el ejercicio fsico. Otro ejemplo son las personas con
diabetes tipo 2, que utilizando el hecho que la contraccin de los msculos incrementa la
asimilacin de la glucosa.7
Una prescripcin de ejercicio consta de tres componentes modificables que son: la
intensidad, la duracin y la frecuencia del ejercicio. Muchas personas prefieren
concentrarse en la intensidad del ejercicio ya que la naturaleza de la actividad y la
velocidad que se logra provee grandes gastos de energa por minuto. En la Tabla 1-3 se
muestran los gastos de energa estimados que una persona de 70 Kg de peso promedio
lograra haciendo varias actividades fsicas para diferentes tiempos de duracin as como
su equivalencia en kWatt-h.9
A parte de la energa, tambin encontramos la potencia. La potencia es la cantidad de
energa usada por unidad de tiempo, es medida en joules por segundo (J/s) lo cual es
llamado Watt (W). Los caballos de potencia (horsepower) son aun utilizados para
expresar de los motores de combustin. Un caballo de potencia equivale a 746 watts.
La energa ms comn en nuestros hogares es la electricidad. La energa elctrica es
alimentada por la fuente de la corriente elctrica como una batera o un generador
elctrico. La unidad de energa elctrica vendida a los dueos de los hogares es llamada
kilowatt-hora (kW). Un kilowatt-hora equivale a 3 600 000 joules.
Tabla 1-3. Gasto energtico en base a actividad fsica y diferentes tiempos de duracin
Tiempo, min.; gasto total de energa, kcal. (kWatt h) Actividad
20 25 30 35 40 45
Bicicleta estacionaria 163
(0.1897)
204
(0.2374)
245
(0.2851)
286
(.3328)
327
(.3805)
368
(0.4233)
Bicicleta (16-19.2 km/h) 140
(0.1629)
175
(0.2036)
210
(0.2444)
245
(0.2851)
280
(0.3258)
315
(0.3666)
Bicicleta (22.5-25.6 km/h) 233
(0.2711)
292
(0.3398)
350
(0.4073)
408
(0.4748)
467
(0.5435)
525
(0.6110)
Correr (7.5 min./km) 187
(0.2176)
233
(0.2711)
280
(0.3258)
327
(0.3805)
373
(0.4341)
420
(0.4888)
Correr (3.4 min./km) 420
(0.4888)
525
(0.6110)
630
(0.7332)
735
(0.8554)
840
(0.9776)
945
(1.099)
Caminar (3.2 km/h) 58
(0.0675)
73
(0.0849)
88
(0.1024)
102
(0.1187)
117
(0.1361)
131
(0.1524)
Caminar (8 km/h) 187
(0.2176)
233
(0.2711)
280
(0.3258)
327
(0.3805)
373
(0.4341)
420
(0.4888)
1.3.3 Diseo Mecnico
El diseo es un proceso innovador, iterativo y restringido que se planifica para satisfacer
una necesidad especfica o resolver un problema. Si el mtodo conlleva a crear algo
fsico, entonces este debe ser funcional, seguro, confiable, competitivo, til que se
pueda manufacturar, comercializar y adems debe de ser legal y adecuarse a los cdigos
y normas aplicables. Los resultados del proceso del diseo son decisiones con respecto a
los componentes y su conectividad, geometra, procesos de formado, tratamientos
termomecnicos y tolerancias asociadas.
El proceso completo, de inicio a fin, se perfila como el mostrado en la Figura 1-6. Se
comienza con un reconocimiento de una necesidad y una decisin para hacer algo al
respecto. Despus de muchas iteraciones, termina con la presentacin de los planes que
satisfacen la necesidad. El reconocimiento de la necesidad constituye un acto creativo,
porque la necesidad quiz solo sea una vaga incorformidad, un sentimiento de inquietud o
una deteccin de que algo no esta bien. La necesidad a menudo no es evidente. La
definicin del problema debe incluir todas las especificaciones para lo que se va a
disear.
La sntesis es la invencin del concepto. Este es el primer paso de la sntesis. A medida
que el desarrollo del esquema progresa, se deben realizar anlisis para evaluar si el
desempeo del sistema es cuando menos satisfactoria, desechando o mejorando los
esquema del sistema que no sobreviven al anlisis. Aquellos con potencial se optimizan.
La evaluacin representa la prueba final del diseo exitoso y por lo general implica la
prueba de un prototipo en el laboratorio.
La comunicacin, ya sea de forma escrita, oral o grfica, del diseo a otros es el paso
final y vital de presentacin en el proceso del diseo. La presentacin es un trabajo de
venta.18
Figura 1-6. Fases en el diseo que reconoce las muchas retroalimentaciones e iteraciones
Las bases del diseo mecnico son extensas ya que se asocian con la produccin y el
procesamiento de la energa proporcionando los medios de produccin, las herramientas
de transportacin y las tcnicas de automatizacin. La ciencia explica lo que es, la
ingeniera crea lo que no exista, es decir, los ingenieros y los cientficos conocen un
poco del trabajo del otro pero en raros casos se desarrollan ambos talentos en los
individuos.
Un mecanismo es el dispositivo que transforma el movimiento en un patrn deseable y a
comparacin de una mquina, las fuerzas que desarrolla y la potencia que transmite son
muy bajas.19
Virtualmente cualquier maquina o dispositivo que se mueve contiene uno o mas
elementos cinemticos, tales como eslabonamientos, levas, engranes, bandas, cadenas.
Una cadena cinemtica se define como: un ensamble de eslabones y juntas
interconectados de modo que produzcan un movimiento controlado en respuesta a un
movimiento suministrado. Una inversin es creada por la conexin a tierra de un eslabn
diferente en la cadena cinemtica.
Reconocimiento de la
necesidad
Definicin del
problema
Sntesis
Anlisis y optimizacin
Evaluacin
Presentacin
Un mecanismo de cuatro barras es una cadena cinemtica que cuenta con cuatro bloques
de construccin para proporcionar las restricciones de movimiento necesarias [Ver Figura
1-7].
Figura 1-7. Esquema de mecanismo de cuatro barras
La manivela es el eslabn que realiza una revolucin completa (r2) y esta pivotada a la
banca. Un balancn es el eslabn que tiene rotacin oscilatoria (de vaivn) y esta pivotada
a la banca (r4), y un acoplador (r3) es el eslabn que tiene movimiento complejo y no est
pivotado a la banca. La banca (r1)) se define como cualquier eslabn o eslabones que
estn fijos (inmviles) con respecto a marco de referencia (el cual puede estar en
movimiento).19
La sencillez es la marca de un buen diseo. La menor cantidad de partes que puede
realizar el trabajo en general ser la solucin menos cara y ms confiable. Por lo tanto, el
eslabonamiento de cuatro barras deber estar entre las primeras soluciones a problemas
de control de movimiento.
Considerando la siguiente notacin:
S = Longitud del eslabn ms corto
L = longitud del eslabn ms largo
P = longitud de un eslabn restante
Q = longitud de otro eslabn restante
Los movimientos posibles de un eslabonamiento de cuatro barras son:
CASO I: S + L < P + Q
Si se fija cualquier eslabn adyacente al mas corto, se obtiene un mecanismo manivela-
balancn (cranck-rocker), donde el eslabn mas corto girara por completo y el otro
eslabn oscilar pivotado en la bancada.
Si se fija el eslabn mas corto, se obtendr un doble manivela (double cranck), en el que
ambos eslabones pivotados a la bancada realizan revoluciones completas, as como lo
hace el acoplador.
Si se fija el eslabn opuesto al ms corto, se obtendr un doble-balancn (double rocker),
en el que ambos eslabones pivotados a la bancada oscilan y solo el acoplador realiza una
revolucin completa.
Caso II: S +L > P + Q
Sern balancines triples (triple rocker) en donde ningn eslabn puede girar por
completo.
CASO III: S + L = P + Q
Esta es conocida como caso especial de Grashof, todas las inversiones sern dobles-
manivelas o manivela-balancn, pero tendrn puntos de cambio dos veces por
revolucin de la manivela de entrada cuando todos los eslabones se vuelven colineales.
La condicin de Grashof es una relacin muy simple que dice el comportamiento de
rotacin o rotabilidad de las inversiones de un eslabonamiento de cuatro barras basado en
las longitudes de los eslabones:
S + L P + Q
Barker desarroll un esquema de clasificacin que permite predecir el tipo de
movimiento que se puede esperar de un eslabonamiento de cuatro barras con base en los
valores de sus relaciones de eslabones. Cada eslabn se designa con una letra basada en
su tipo de movimiento cuando se conecta a los dems eslabones. Si un eslabn puede dar
una revolucin completa con respecto a los dems eslabones, se llama manivela C, y si
no, balancn R. Los diseadores de movimiento C y R siempre se mencionan con el fin
de eslabn de entrada, acoplador, eslabn de salida.
1.3.4 Ergonoma y antropometra
El cuerpo siembre busca la comodidad. Es por eso que el ser humano no dura ms de un
minuto sentado, sin moverse en una misma posicin. Por lo que cualquier dispositivo
debe cumplir con funcionalidad, comodidad y esttica. El diseo de productos para que
se adapten a los cuerpos y las capacidades de las personas no es algo nuevo, incluso los
hombres prehistricos daban forma a sus herramientas y armas para hacerlas mas fciles
de usar.
Figura 1-8. Imagen que ilustra el concepto de la antropometra
La ergonoma -palabra derivada de las palabras griegas "ergos", trabajo, y "nomos",
leyes- es la actividad de carcter multidisciplinario que se encarga del estudio de la
conducta y las actividades de las personas, con la finalidad de adecuar los productos,
sistemas, puestos de trabajo y entornos a las caractersticas, limitaciones y necesidades de
sus usuarios, buscando optimizar su eficacia, seguridad y confort. Pero, Cmo
identificar los problemas ergonmicos? Existen ciertas caractersticas conocidas como
factores de riesgo que pueden causar problemas en los usuarios como son: la repeticin,
la fuerza excesiva, posicin o postura que provoque tensin y la temperatura. En la
medida que se considere a la ergonoma como una tcnica preventiva integral,
necesariamente se debe vincular a las distintas ciencias o disciplinas.20
En la Tabla 1-4 se ilustra la interaccin entre los distintos factores y disciplinas. Son
diferentes clasificaciones de las reas donde interviene el trabajo de los ergonomistas, sin
embargo se pueden considerar las siguientes: la antropometra, la Biomecnica y
fisiologa, la ergonoma ambiental, la ergonoma cognitiva, la ergonoma de diseo y
evaluacin, la ergonoma de necesidades especficas, la ergonoma preventiva.
Tabla 1-4. Interaccin entre los factores que sustentan a la ergonoma como una tcnica preventiva
integral
Fsico Mental Social Cuerpo humano
reas de conocimiento
Condiciones del ambiente fsico del trabajo
Esta determinada por la cantidad de informacin que debe tratarse, el tiempo de que se dispone y la importancia de las decisiones
Organizacin del trabajo
Considera las medidas corporales, el movimiento mecnico (aplicacin de las fuerzas)
Disciplinas Seguridad
Fsica
Fisiologa
Psicologa
Ingeniera
Psicologa
Sociologa
Ingeniera
fisiologa
Ingeniera
Psicologa
economa
Antropometra
Biomecnica
Se debe utilizar a la fisiologa, antropometra y biomecnica para entender como ajustar
el dispositivo al usuario. Se debe saber donde se va a utilizar, para que y por quien. Una
vez que existe una comprensin de la mecnica corporal, los ergonomistas profesionales
se enfocan en la ingeniera. El dispositivo diseado ergonmicamente ayuda a proteger
a los usuarios contra uno o ms factores de riesgo.
La antropometra es una de las reas que fundamentan la ergonoma, y trata con las
medidas del cuerpo humano que se refieren al tamao del cuerpo, formas, fuerza y
capacidad de trabajo. Se clasifica en esttica (aquella que mide las diferencias
estructurales del cuerpo humano, en diferentes posiciones y sin movimiento) y dinmica
(considera las posibles resultantes del movimiento y va ligada a la biomecnica).
A la hora de disear en base a la antropometra se debe tomar en cuenta los siguientes
supuestos bsicos:
Principio de diseo para individuos extremos. En aquellos casos en los que se tengan que definir las dimensiones de un espacio interior, como un hueco,
abertura o acceso, la medida de partida ser la dimensin antropomtrica
pertinente del sujeto de mayor tamao.
Principio de diseo para un intervalo ajustable. Podr aplicarse, siempre y cuando se cuente con los medios tcnicos y econmicamente viables, dado que cada
persona podr ajustar el objeto a su medida, a sus necesidades. Para este principio
se debe considerar como valor de referencia a la diferencia entre la medida
antropomtrica del sujeto grande y del sujeto pequeo.
Principio de diseo para el promedio. Es un error frecuente el disear para la persona promedio, ya que las personas ms grandes o ms pequeas no podrn
acomodarse.
Por otro lado, la biomecnica es la ciencia que estudia la aplicacin de las leyes de la
mecnica a las estructuras y los rganos de los seres vivos. Aplica las leyes del
movimiento mecnico en los sistemas vivos, especialmente en el aparato locomotor, que
intenta unir en los estudios humanos la mecnica al conocimiento de la anatoma y la
fisiologa. Al analizar el movimiento en la persona, la biomecnica trata de evaluar la
efectividad en la aplicacin de las fuerzas para asumir los objetivos con el menor costo
para aquellas y la mxima eficacia para el sistema productivo.
Se debe considerar que dentro de las disciplinas mencionadas, la antropometra y la
biomecnica, necesitan una mayor profundizacin debido a la importancia que tienen al
momento de disear.
Por ltimo, debemos recordar que la ergonoma no esta ni en las personas, ni en las cosas,
sino en la interaccin producto-usuario. En el papel se puede dibujar cualquier
dispositivo o mquina con todas las especificaciones tcnicas (dimensin, estructura,
esttica) y a partir de modelos de figuras humanas reales, pero hasta que el mismo no sea
real, no es posible determinar si es o no cmodo, as como tampoco es posible determinar
su resistencia y durabilidad, solo se sabr a largo plazo y de las condiciones de uso. De
hecho es en el tiempo cuando se mide, incluso su efecto sobre la salud humana, pues un
dispositivo mal diseado acarrea problemas lumbares o musculares [diseo, ergonoma y
antropometra].
En la Tabla 1-5 se dan valores de distancias de los miembros del cuerpo para hombres y
mujeres que fueron utilizados en la etapa de diseo.
En la Figura 1-9 se ilustran mediante nmeros asociados a la figura, las dimensiones de
mayor relevancia para el diseo de una maquina ejercitadora.
Tabla 1-5. Dimensiones antropomtricas para el hombre y la mujer
Nombre de la dimensin Dimensiones en pulgadas
Hombre (120.5 159.1 197.5 lb)
Mujer (102.3 126.1 156.4 lb)
Longitud de la pelvis al piso (4A)
29.7
26.8
32.7
29.3
35.7
32.0
Alcance vertical (1C) 29.4
26.7
32.5
29.1
35.7
31.7
Ancho de hombros (3D) 16.2
15.1
17.9
16.4
19.5
18.1
Ancho de caderas (4D) 11.9
13.3
13.4
15.0
15.0
17.0
Altura de poplteo (2F) 15.6
15.0
17.2
16.2
18.8
17.4
Largo de poplteo a nalga (3F)
21.6
17.1
23.4
18.7
25.3
20.7
Alto del codo al asiento (8F)
7.4
7.4
9.1
9.0
10.8
10.6
Figura 1-9. Dimensiones antropomtricas mas importantes a considerar en un diseo
Captulo 2 Antecedentes, justificacin y objetivos
2.1 Antecedentes
Vivir en este siglo XXI es un lujo comparado con pocas pasadas. Antes, la gente viva
en casas pequeas sin electricidad y ahora la gente no es consciente la gran labor que se
requiere para traer electricidad a nuestras vidas. Los objetivos siempre han sido el buscar
otras maneras de producir electricidad a travs de nuevas formas en la transicin a una
era post-petrolera.
Con esta consideracin, un dispositivo muy comn para usarse es la bicicleta. Debido a
que las bicicletas ordinarias son hechas en un rango de tamaos de acuerdo a la estatura
del usuario, solamente producen electricidad a travs de un generador, construido
solamente como otra accesorio Vase en la figura 1c. Debido a pruebas ya hechas se
piensa que la aplicacin ms prctica de un generador potenciado por bicicleta seria el de
cargas bateras. La tabla 1 muestra los comentarios de pruebas elctricas hechas a estas
bicicletas.21
Tabla 2-1. Pruebas elctricas hechas en bicicleta, no esttica, donde el generador elctrico era
considerado un accesorio ms
Carga Salida
Circuito abierto 230 Volts en DC
Circuito corto 4 a 5 Amps en DC
Resistor enrollado de 2 Ohm 5.5 a 6 volts en DC (15 a 18
watts)
Resistor enrollado de 65 Ohm 100 volts en DC (150 watts)
Resistor enrollado de 100
Ohm
100 volts en DC (100 watts)
Ya existen de manera comercial algunos dispositivos, como el que se muestra en la figura
2 de este tipo cuyo generador entrega de 12 a 24 V. El costo de estos generadores de
bicicleta es de alrededor de $639.00.
Otra variacin de este concepto fue el desarrollo de un generador de energa elctrica
movido por mltiples bicicletas (nueve en total). Las llantas traseras de cada bicicleta
descansan sobre una rueda de friccin hecha de un poste, el cual esta torneado a travs
de su centro y cortado a la mitad, sujeto a una larga asta que a su vez esta acoplada a
magnetos permanentes. El voltaje final que entregaban estos dispositivos era de 18 V con
lo cual es posible cargar bateras de 12v. Otro dispositivo llamado generador conjuntado
potenciado con pedales entregaba 24v. Este sistema fue utilizado como mera curiosidad
ya que cada generador de magneto permanente fue atornillado al lado de un trailer usado
para remolcarlo a eventos de demostracin. Cada bicicleta y generador fue aislado de los
otros utilizando un diodo bloqueador de un sentido permitiendo a cada persona pedalear a
su propio paso. Se espera que algn da este dispositivo tenga otra aplicacin aparte de
simplemente cargar bateras.21 El cargador de batera potenciado por pedaleo es usado
para cargar bateras de 12v. El sistema consiste de una bicicleta de ejercicio colocada
sobre un pedestal. Cuando la bicicleta es pedaleada en aproximadamente 80 rpm, el gene
ador gira a la mitad de su razn de rpm (aproximadamente 900 rpm), produciendo cerca
de la mitad de su rango de voltaje de salida (aproximadamente 15v).
Figura 2-1. Generadores elctricos comerciales
Existen distintas organizaciones como la Human Powered que forma parte del Center for
aprpiate Transport Machines la cual fue establecida en 1991 y cuyo principio bsico es:
la diversidad de productos. La Pedal Power Organization cuyas metas generales son: el
desarrollo de tecnologas de potencia por pedales hecha de materiales reciclables as
como cambiar la percepcin cultural de las bicicletas y sus aplicaciones.
Figura 2-2. Logotipos de las diferentes organizaciones que han apostado por el gasto energtico de los
seres humanos como fuente de energa para la creacin de electricidad
La forma de generar energa elctrica por medio de una bicicleta puede ser de varias
formas, as tenemos que se pueden utilizar las ruedas como acopladores con otras ruedas
y aprovechar la friccin existente en ellas para dar movimiento al generador de un motor
y de ah conectar el motor a una batera 22. Existen dispositivos que para generar energa
elctrica utilizan otro medio del cual obtendrn un beneficio mayor al que se obtendra en
relacin a los sistemas que directamente utilizan la energa del el ejercicio humano para
generar energa elctrica. Por ejemplo, aquellos que utilizan la energa del cuerpo
humano para hacer funcionar un compresor y hacer que este almacene aire el cual podr
mover una turbina la cual estar conectada al generador elctrico e incluso se ha
manejado la misma idea del aire comprimido pero utilizando el peso del usuario para
lograrlo . En la Figura 2-3 se muestra un diagrama del dispositivo descrito, que fue
desarrollado por Rowe.22
Figura 2-3. Patente de maquina que utiliza la potencia mecnica de la bicicleta para
mover un compresor y de ah generar energa elctrica
Existen otros dispositivos que utilizan mucha tecnologa convencional como la realidad
virtual, donde el principal objetivo es hacer menos tedioso o aburrido el ejercicio por lo
que simulan un ejercicio dinmico en un ambiente natural aunque el costo limita su
consumo a gimnasios, clubes, o centros de rehabilitacin entre otros.
Una variacin de los dispositivos de bicicleta son los triciclos los cuales proveen un
grado de estabilidad y seguridad que no pueden encontrarse en las bicicletas, presentando
la ventaja de que una de sus ruedas traseras puede ser utilizada para el pedal
convencional, con sprocket y cadena teniendo dos salidas para dos generadores.
Por otro lado, existen una variedad de mquinas de ejercicio estacionarias. Ejemplos de
estas mquinas son las escaladoras, las mquinas remadoras, las bicicletas estacionarias.
Estas mquinas simulan primordialmente ya sea uno u otro ejercicio de una manera
individual. El estado del arte de estas mquinas prcticamente se refiere, principalmente,
a necesidades ergonmicas como la flexibilidad de acomodar la mquina al tamao fsico
del usuario. La ergonoma es la base que ocupa principalmente a las bicicletas
estacionarias para ejercitarse pero se les dio un valor agregado al ver la posibilidad de
funcionar como generador de electricidad para ser auto consumida, como se vio puede
ver en la Figura 2-3.
Actualmente existen mquinas multimodo, es decir, son dispositivos que combinan una
bicicleta estacionaria con una mquina de remo. Algunas diferencias entre estas maquinas
multimodo radica en que unas son reconfigurables y otras son estacionarias cuya
prioridad de funcionamiento es el de convertir movimiento reciprocante a movimiento
rotacional de un sentido en una predeterminada direccin,23 mas an se han utilizado este
ltimo tipo de maquinas para abastecer de potencia a generadores elctricos.24
Figura 2-4. Mquinas multimodo que combinan la bicicleta con la remadora
Con el fin de darle oportunidad de desarrollo a las zonas rurales se ha optado por llevar
tecnologa de energa renovable (ms barata) en lugar de trasladar la red de energas
convencionales que operan con combustibles fsiles. La India es uno de los pases que ha
dado el visto bueno a este tipo de acciones y para Mxico este tipo de sistemas tambin
sera una buena opcin.
Figura 2-5. En pases como la India los sistemas emergentes de generacin de electricidad estn
comenzando a ser utilizados en zonas rurales
En el Centro de Investigacin de Ciencia Aplicada y tecnologa Avanzada del Instituto
Politcnico de Nacional unidad Quertaro, no existe antecedente del desarrollo de
maquinas ejercitadoras con el enfoque de crear energa elctrica a travs de ellas. Por
primera vez, como centro de investigacin en el desarrollo de este tipo de mecanismos, se
presenta este trabajo.
2.2 Justificacin
Durante las ltimas dcadas, Mxico ha experimentado cambios importantes en sus
perfiles demogrficos, socioeconmicos y epidemiolgicos. El proceso de urbanizacin
y el desarrollo econmico han conllevado a cambios en el estilo de vida de los
individuos, provocando modificaciones en los patrones de alimentacin, actividad fsica,
tensin emocional y factores ambientales.
Loa valores, creencias y actitudes culturalmente determinadas han minimizado las
posibilidades de desarrollar actividades al aire libre por razones de espacio fsico,
transito, distancias por recorrer, tiempo que se gasta en desplazarse de un lado a otro, la
contaminacin, el tiempo viendo la televisin, juegos de video y computadoras e incluso
por razones de seguridad personal.
La esperanza de introducir la practica del ejercicio a largo plazo ha fallado debido a que
el usuario no esta psicolgicamente preparado para enfrentarse a los procesos necesarios
para mantenerla debido a dificultades que lo desmotivan llevndolo a tomarlo como
un fracaso personal.
El incremento por acumulacin de energa no utilizable es progresivo y el equilibrio entre
la ingestin de energa y la actividad fsica es uno de los factores que ms trabajo y
compromiso implican. Y aunque el ejercicio regular no es una panacea para todas las
dolencias de la humanidad, un programa de ejercicio regular promover la salud para
reducir el desarrollo futuro o recurrencia de enfermedades degenerativas porque la
cantidad de ejercicio requerido para reducir significativamente el riesgo de una
enfermedad puede ser considerablemente menor que aquella cantidad de valor adquisitivo
necesario para desarrollar y mantener la capacidad funcional del individuo.
Adems, la evolucin de las maquinas para hacer ejercicio, comercialmente disponibles,
se ha enfocado en el desarrollo de diseos ptimos ergonmicamente hablando, a la par
de la seleccin y uso de materiales para su construccin que las hacen menos pesadas, ya
que en cuanto a potencia generada se refiere, no hay mucha aportacin, es decir, el
mecanismo de bicicleta es el mismo y la potencia generada depender mas del usuario
que de la propia mquina; sin embargo, de manera particular, los diseos para remadoras
fijas se han enfocado en simular cada vez ms este ejercicio como si se tratase del manejo
de una remadora de competencia, por lo que algunos modelos disponibles son utilizados
por atletas para su entrenamiento. Adems las mquinas para hacer ejercicio se han
pensado para ser consumidas por un mercado de clase media-alta (la clase trabajadora)
cuyas residencias tienen espacios limitados. As que proponer diseos verstiles donde el
espacio es un parmetro a considerar han dado como resultado maquinas para hacer
ejercicio donde pueden realizarse dos ejercicios en una sola maquina, alterando un poco
su forma y geometra.
El prototipo aqu propuesto, tomo en cuenta todas las consideraciones anteriores a
excepcin de ser utilizado como una mquina donde se pueda entrenar para una
competencia, por que este no es el fondo de su concepcin, adems de ofrecer no solo dos
sino tres tipos de ejercicios que pueden ser realizados en una sola mquina, y que todos
los mecanismos propuestos en ella darn movimiento a un eje de salida donde a este se le
podr adaptar algn otro dispositivo como por ejemplo, un generador elctrico.
Como otro recurso para uso de la energa, es utilizarla como ventilacin para ayudar a
que la persona que se ejercita disipe el calor generado por su cuerpo durante el ejercicio.25
As que crear una alternativa teraputica que promocione la actividad fsica incremento
del gasto energtico- , psicolgica ayudando a quitar estereotipos negativos que generen
depresin y bajo autoestima-, y la ecolgica-implementando factores conductuales que
impulsen la cultura de respeto y cuidado del medio ambiente-aderezado con un ahorro de
energa con impacto limitado -donde la energa ser tomada por un sistema de
alimentacin de DC- har que mucha gente comience o contine mejorando su calidad de
vida.
2.3 Objetivo
2.3.1 Objetivo General
Desarrollar una mquina ejercitadora integral bajo consideraciones ergonmicas,
recreativas y ecolgicas, donde todos sus mecanismos accionados por personas de
diferentes condiciones fisiolgicas, converjan en un eje principal de salida, que sirva
como fuente de movimiento para otros dispositivos.
2.3.2 Objetivos particulares
a) La mquina se operar por una variedad de ejercicios aerbicos que permitan
ejercitarse de una manera integral.
b) La mquina ser ajustable en tamao y espacio en relacin al usuario para reducir
los efectos de la gravedad y la postura en la circulacin sangunea de ste.
c) Disear y construir un mecanismo constituido por un montaje de partes ajustables
sin requerir herramientas especiales para instalarlo.
d) El mecanismo pueda ser integrado a un generador elctrico que forme parte de
una red de energa basada en fuentes de energa renovables.
Captulo 3 DESARROLLO DE LA MAQUINA EJERCITADORA
3.1 Diseo conceptual del prototipo
Concientizados de encontrar soluciones a la optimizacin del uso de la energa elctrica
en las viviendas, donde la energa elctrica utilizada para la iluminacin de la misma
representa una tercera parte del consumo total, la invitacin de aportar otros desarrollos
tecnolgicos a otras lneas de investigacin no se hizo esperar. Se propuso, entonces, que
el rea de mecatrnica apoyara con algunas propuestas para colectar energa, por lo que
sta contest con: un seguidor solar y un ejercitador multifuncional.
Por qu un ejercitador?
Parece ser que la poblacin mexicana, hoy, se encuentra en la disyuntiva de obtener un
estado de salud aceptable, sin mencionar la infinidad de riesgos que se asumen al no
tenerlo, en un lugar y tiempo donde la calidad de vida parece no permitirlo. Adems, esta
fuera de discusin que el ejercicio continuo es parte de la solucin a esto. (Ver captulo 1
seccin 1.2.1).
Da la impresin de que el ejercitarse no es una cuestin de convencimiento, sino de
disciplina, djeme explicarle: Cuntas veces caminando por las calles hemos visto a
personas realizando algn tipo de ejercicio como caminar, subir y bajar escalones, o
cargar y descargar objetos pesados, entre otros? Haba llegado el tiempo de preguntarse
seriamente: Cuntos minutos no son dedicados por la gente de todas las edades a
caminar por las calles?, cuntos minutos no son dedicados a correr en las pistas de los
parques por los nios hasta personas mayores? Cuntos minutos o hasta horas son
dedicadas por personas relativamente jvenes (entre 18 y 40 aos) al ejercicio en
gimnasios? Acaso esas personas no estn convencidas? Claro que lo estn, as que,
adems de obtener un beneficio en la salud fsica y psicolgica (la gente le da mas peso a
esta ultima, recuerde que vivimos en un mundo globalizado gobernado por las
tendencias) no estaba de mas conseguir algn otro provecho que proviniera de todo ese
gasto energtico hecho por las personas.
Cul es la cualidad que deba tener este ejercitador, cuando existe una amplia variedad
de mquinas ejercitadoras?
Por supuesto que el mercado esta inundado de muchas maquinas que se han ideado,
(incluso de prototipos que llevan a cabo la tarea de aprovechar el gasto energtico ver
capitulo 1 -antecedentes histricos -) pero se crey que aun existe espacio para mejorar
estos dispositivos (y este, al formar ahora parte de los existentes, no es la excepcin).
Primeramente, estas maquinas ejercitadoras estn diseadas para ser usadas por personas
que son jvenes y fuertes. Pero, hay personas que no cuentan con las mismas capacidades
fsicas que las de una persona comn que algunas veces son excluidas. Se puede
mencionar dentro de estas a las personas mayores las cuales necesitan ejercicios suaves
personas que solo sus brazos son mecanismos motrices o personas excesivamente
obesas, las cuales no pueden realizar con la misma intensidad y frecuencia el ejercicio
incluyendo a personas que reciben terapia de ejercicio. Segundo, la necesidad de
mquinas ejercitadoras ergonmicamente.