Carregar bateria com circuito Piezo Mat

Neste post, aprendemos um método para coletar eletricidade gratuita de um tapete piezoeléctrico embutido caminhando sobre ele e tentamos investigar como essa energia pode ser usada para carregar uma pequena bateria.

Normalmente, o corpo humano carrega uma grande quantidade de energia que simplesmente é desperdiçada em nosso trabalho diário regular. Por exemplo, energia na forma de calor proveniente da superfície do corpo e da cabeça, energia em 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 nosso processo de caminhada pode ser utilizado para gerar eletricidade usando dispositivos piezo. Em um de meus artigos anteriores, postei um tópico semelhante que explicava como gerar eletricidade a partir de sapatos usando um solenóide , aqui vamos estudar como um piezo pode ser usado para coletar eletricidade de nossas pegadas, embora esse conceito possa ser muito mais fraco com suas especificações e, portanto, muito ineficiente com o desempenho em comparação com sua contraparte solenóide.

Antes de começarmos a aplicar um piezo para nosso circuito gerador de energia livre ativado por pedal, seria interessante saber quanta potência máxima pode um piezo realmente gerar quando uma quantidade otimizada de pressão é aplicada sobre ele.

Se analisarmos um padrão Piezo de campainha 27mm ,, descobrimos que quando é atingido ou atingido com força (sem danificar), é capaz de gerar cerca de 1 a 3 Vcc, o que pode ser capaz de iluminar um LED de 5 mm brilhantemente. 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 esses dispositivos funcionarem razoavelmente bem para a finalidade pretendida, 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 cerca de 10 a 20mA, portanto, para operar uma carga relativamente maior, como carregar uma bateria, esta corrente pode não ser suficiente e nós pode exigir um grande número de elementos piezoelétricos para trabalhar juntos a fim de 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 de piezomat, torna-se imperativo uni-los em paralelo, uma vez que a conexão paralela causa adição de corrente, enquanto a conexão em série permite adição de tensão.

Para implementar isso, cada piezo deve incluir seu próprio unidade retificadora de ponte , conforme mostrado na figura a seguir:

A imagem mostra um piezo terminal de 27 mm na base, a área 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 a ponte retificadora que é composta de 4 diodos Schottky BAS86 (mostrado em vermelho).

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 muito delicada e pode facilmente se despojar).

As extremidades positiva e negativa da ponte são terminadas com fios vermelho / preto, e esses fios de cada conjunto piezo / ponte precisam ser conectados juntos. Ou seja, suponha que temos 50 desses conjuntos de piezo, então todos os fios vermelhos dos 50 conjuntos devem ser unidos e os 50 fios pretos unidos.

Essas juntas negativas / positivas comuns podem então ser conectadas a um capacitor eletrolítico de valor mais alto e, posteriormente, aos terminais (+) (-) da bateria (para carregamento).

Os diodos podem ser protegidos adicionalmente pela aplicação de algumas gotas de super cola 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 eficazmente os passos dos pés 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 golpeado ou atingido com algum tipo de força ou solavanco, para ser preciso o golpe deve ser rápido, a fim de produzir o máximo desses dispositivos.

Isso implica que a prensagem suave de um piezo não será suficiente para conduzir esses dispositivos de maneira ideal, ou seja, apenas pressionar o conjunto do piezo com seus pés não ajudará a gerar uma geração significativa a partir deles.

Lembre-se de que o piezo é diferente de uma célula de carga.

O tapete piezoelétrico deve ser equipado com um mecanismo que deve ser capaz de converter até mesmo um passo lento em um golpe rápido sobre os piezos .

Após pensar um pouco, desenvolvi o seguinte método de implementação de um tapete piezoelétrico que, com sorte, seria capaz de obter o máximo dos dispositivos. Se você tiver uma solução melhor, pode ficar à vontade para usá-la em vez desta.

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 vibração significativa 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 testemunhado na figura acima.

A área cinza é a base do tapete, a seção amarelada significa que a prancha de madeira tem uma haste central pivotante para que possa girar suavemente em qualquer um dos lados sempre que uma pessoa pisar nela.

Os conjuntos piezoelétricos discutidos acima podem ser fixados na superfície inferior da prancha em direção à borda para permitir o máximo impacto sobre eles. A borda da tábua produzirá o impacto máximo do que a seção central do pivô, portanto, é aconselhável mover os piezos o mais próximo possível da borda da tábua.

Furar os Piezos exigirá cuidados especiais

Você não pode simplesmente colar os piezos diretamente na prancha indicada, porque isso simplesmente amorteceria o movimento do piezo, tornando-os bastante ineficientes.

O método certo seria perfurar orifícios de tamanho menor e colar os piezos entre eles de modo que apenas a borda dos piezos seja capaz de fazer contato com a prancha, enquanto sua parte central fica pendurada na abertura dos orifícios, como mostrado abaixo

Como pode ser visto no desenho acima, a prancha é perfurada com orifícios correspondentes ao número de piezos que precisam ser cravados, um piezo pode ser visto fixado sob a prancha de modo que apenas sua borda dourada faça contato com a prancha enquanto o a seção central restante permanece distante dentro da lacuna do furo.

Este método de colagem garante o impacto vibracional mais eficaz nos piezos sempre que é atingido pelos passos de alguém.

Aumentando a Força da Passo no gerador de piezomat

Na seção acima, aprendemos a técnica de uma prancha pivotada carregada com piezos para forçar um tipo de movimento flip-flop em resposta aos passos, de modo que a prancha cause impacto vibracional máximo nos piezos.

O processo pode ser aprimorado ainda mais com a adição de 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 ímã colocado na base inferior paralelamente ao prego, de modo que sempre que a prancha tende a inclinar devido ao pisar do pé, o ímã puxa mais a borda rapidamente para o lado inclinado causando um impacto de 'batida' aumentado no lado relevante, que por sua vez causa uma quantidade equivalente a mais tensão vibracional no respectivo conjunto piezo, garantindo uma maior geração de eletricidade a partir deles.