Neste post, aprendemos um método para coletar eletricidade gratuita de um tapete piezo embutido andando sobre ele e tentamos investigar como essa energia pode ser usada para carregar uma pequena bateria.
Normalmente, um corpo humano carrega uma enorme quantidade de energia que simplesmente é desperdiçada em nosso trabalho diário. Por exemplo, energia na forma de calor do nosso corpo e da superfície da cabeça, energia através de todos os nossos movimentos enquanto nos sentamos e trabalhamos, dormimos etc.
No entanto, a maior quantidade de energia que é simplesmente desperdiçada é durante a caminhada.Aqui veremos como o nosso processo de caminhada pode ser utilizado para gerar eletricidade usando dispositivos piezoelétricos. sapatos usando um solenóide, aqui estudaremos como um piezo pode ser usado para coletar eletricidade de nossos passos, embora esse conceito possa ser muito mais fraco com suas especificações e, portanto, muito ineficiente com o desempenho em comparação com o solenóide.
Antes de começarmos a aplicar um piezo para o nosso circuito gerador de energia livre ativado por passos, seria interessante saber quanta potência máxima um piezo pode realmente gerar quando uma quantidade otimizada de pressão é atingida nele.
Se analisarmos um piezo de campainha padrão de 27 mm, descobrimos que, quando atingido ou atingido com força (sem danificar), é capaz de gerar cerca de 1 a 3 V CC, o que pode ser capaz de iluminar um LED de 5 mm com brilho. Bem, isso parece impressionante, mas atingir o tipo certo de força na velocidade certa e no ponto certo é algo que parece difícil de executar. Ainda assim, pode ser viável fazer com que esses dispositivos funcionem razoavelmente bem para o propósito pretendido, com algum esforço planejado.
Conforme discutido acima, um elemento piezoelétrico pode ser capaz de gerar até 3V, mas a corrente (amp) pode ser bem menor em torno de 10 a 20mA, portanto, para operar uma carga relativamente maior, como carregar uma bateria, essa corrente pode não ser suficiente e nós pode exigir muitos elementos piezoelétricos para trabalhar juntos para produzir uma quantidade maior de corrente a partir deles.
Como conectar vários piezos juntos para aumentar a corrente
Para aumentar a quantidade de corrente de um circuito gerador piezo-mat, torna-se imperativo juntá-los em paralelo, pois a conexão em paralelo causa adição de corrente enquanto a conexão em série permite adição de tensão.
Para implementar isso, cada piezo deve incluir sua própria unidade retificadora de ponte separada, conforme mostrado na figura a seguir:
A imagem mostra um piezo terminal de 27 mm na base, a área de cor dourada representa a placa de metal do piezo, enquanto o círculo branco representa o material piezo central colocado na placa dourada.
Sobre a parte branca do piezo, podemos ver uma fita isolante preta colada para fornecer uma plataforma de descanso isolada para o retificador da ponte, composto por 4 x diodos Schottky BAS86 (mostrado na cor vermelha).
A ponte está firmemente montada na superfície acima mencionada com pedaços de fios de cobre, podemos ver dois deles terminando nas junções centrais da ponte retificadora, um soldado na placa dourada do piezo enquanto o outro soldado no material piezo branco central (tenha cuidado ao soldar na superfície branca, pois é bastante delicada e pode ser facilmente descascada).
As extremidades positiva e negativa da ponte são terminadas usando fios vermelho/preto, e esses fios de cada montagem piezo/ponte precisam ser conectados juntos. Ou seja, suponha que temos 50 desses conjuntos piezo, então todos os fios vermelhos dos 50 conjuntos devem ser unidos e os 50 fios pretos unidos.
Essas juntas negativas/positivas comuns podem ser conectadas a um capacitor eletrolítico de valor mais alto e, posteriormente, aos terminais da bateria (+)(-) (para carregamento).
Os diodos podem ser fixados adicionalmente aplicando algumas gotas de supercola em cada um dos diodos.
Você também pode optar por diodos SMD para tornar a ponte extremamente compacta e leve.
Isso conclui a montagem da ponte piezo que explica como conectar os piezos em paralelo para multiplicar a saída de corrente, agora vamos seguir em frente e aprender o melhor método possível de configurar a montagem acima com um mecanismo que converteria mais efetivamente os passos do pé em eletricidade dos piezos .
Mecanismo Gerador de Eletricidade Piezo Mat
Como aprendemos em nossos estudos anteriores, um piezo pode não gerar eletricidade efetivamente, a menos que seja atingido ou atingido com algum tipo de força ou empurrão, para ser preciso, o golpe deve ser rápido, a fim de produzir o máximo desses dispositivos.
Isso significa que a pressão suave de um piezo não será suficiente para acionar esses dispositivos de maneira ideal, ou seja, apenas pressionar o conjunto piezo com os pés não ajudará a gerar significativamente a partir deles.
Lembre-se de que o piezo é diferente de uma célula de carga.
O tapete piezo deve ser equipado com um mecanismo que deve ser capaz de converter até mesmo um passo lento do pé em um golpe rápido sobre os piezos.
Após algum pensamento, desenvolvi o seguinte método de implementação de um tapete piezo que seria capaz de alcançar o máximo dos dispositivos. Se você tiver uma solução melhor, sinta-se à vontade para usá-la em vez disso.
O diagrama abaixo mostra o mecanismo que consiste em uma prancha de madeira articulada no centro e coberta com uma camada de espuma ou esponja. Sempre que alguém pisa na espuma, a prancha se inclina com um “baque” causando uma quantidade significativa de vibração em toda a prancha. O mesmo se repete quando o degrau do pé é levantado do sistema.
Posicionamento Piezo
O posicionamento do conjunto piezoelétrico pode ser visto na figura acima.
A área cinza é a base do tapete, a seção amarelada significa que a prancha de madeira tem uma haste central para que possa girar suavemente em ambos os lados sempre que uma pessoa pisar nela.
Os conjuntos piezo discutidos acima podem ser fixados na superfície inferior da prancha em direção à borda para permitir o máximo impacto sobre eles. A borda da prancha produzirá o impacto máximo que a seção do pivô central, portanto, é aconselhável mover os piezos o mais próximo possível da borda da prancha.
Colar os Piezos exigirá cuidados especiais
Você não pode simplesmente colar os piezos diretamente na prancha indicada, porque isso simplesmente amortece o movimento do piezo, tornando-os bastante ineficientes.
O método correto seria perfurar furos subdimensionados e colar os piezos sobre eles de forma que apenas a borda dos piezos consiga fazer contato com a prancha enquanto sua porção central fica pendurada na abertura dos furos, conforme mostrado abaixo
Como pode ser visto no desenho acima, a prancha é perfurada com furos correspondentes ao número de piezos que precisam ser colados, um piezo pode ser visto fixado sob a prancha de tal forma que apenas sua borda dourada entra em contato com a prancha enquanto o a seção central restante permanece distante dentro da abertura do furo.
Este método de colagem garante o impacto vibracional mais eficaz nos piezos sempre que for atingido pelo passo de alguém.
Aprimorando a Footstep Force no gerador de tapetes piezoelétricos
Na seção acima, aprendemos a técnica de uma prancha pivotada carregada com os piezos para forçar um tipo de movimento de flip-flop em resposta aos passos, de modo que a prancha cause o máximo impacto vibracional nos piezos.
O processo pode ser aprimorado ainda mais adicionando um ímã em cada extremidade da prancha, conforme mostrado abaixo:
Como podemos ver, um prego de ferro é inserido na borda inferior da prancha e um imã colocado na base inferior paralelamente ao prego, de modo que sempre que a prancha tende a inclinar devido ao pisar do pé, o imã puxa a borda mais rapidamente para o lado inclinado, causando um maior impacto de “batida” no lado relevante, que por sua vez causa uma quantidade equivalente de mais estresse vibracional no respectivo conjunto piezo, garantindo uma maior geração de eletricidade a partir deles.
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FONTE
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