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.