Como gerar eletricidade com sapatos enquanto caminha

Neste post aprenderemos como gerar eletricidade com nosso sapato enquanto caminhamos. Essa eletricidade pode ser usada simultaneamente para carregar a bateria de um celular.

Em alguns dos meus posts anteriores, aprendemos como máquinas simples podem ser usadas de forma eficiente para extrair eletricidade gratuita. Você pode aprender mais sobre isso nos seguintes posts:

Eletricidade de um pêndulo

Eletricidade da Gravidade

Energia livre do peso corporal

Nossos pés são um excelente exemplo de máquina simples que pode ser comparada a uma alavanca. Cada vez que damos um passo à frente, levantamos sem esforço todo o nosso corpo na ponta dos pés e depois o colocamos de volta no chão; continuamos a fazer isso enquanto caminhamos, sem nenhum problema.

Isso se torna possível devido ao design extremamente eficiente do nosso mecanismo ósseo do tornozelo, que é capaz de realizar o trabalho de forma tão eficiente que mal compreendemos a quantidade de trabalho que somos capazes de realizar tantas vezes ao longo do dia.

Mesmo que uma ação de caminhada possa parecer muito fácil para nós, nossos pés realmente fazem uma quantidade significativa de trabalho levantando cerca de 60 kg (média) do solo e, em seguida, trazendo-o de volta ao solo, o que constitui uma força para cima e para baixo que pode ser igual ao equivalente gravitacional de 60kg.

Em nossa ação de andar, nossos pés são capazes de levantar nosso corpo de forma muito eficiente devido ao mecanismo de alavanca da articulação do tornozelo e, ao liberar o peso do corpo, a gravidade torna-se responsável por restaurar a massa de volta ao solo.

Em ambas as ocasiões, quantidades massivas de forças são trocadas, e atualmente estamos interessados ​​em aproveitar essa força para gerar eletricidade gratuita enquanto uma ação de caminhada está sendo realizada.

O conceito não é realmente novo, as pessoas já tentaram isso antes, mas usando material piezoelétrico em sapatos.

Usando o Elemento Piezo como uma Opção

O material piezoelétrico converte pressão em eletricidade, mas a magnitude da eletricidade gerada com um conceito piezoelétrico é tão trivial que simplesmente parece inútil.

Quando você tem pressão e força adequadas livremente disponíveis para aproveitar, então você não vai querer desperdiçá-la usando um conceito ineficiente e subestimado como um piezoelétrico para esse propósito.

Usando motor ou dínamo

Usar um motor ou um dínamo parece bom para a aplicação, no entanto, esses dispositivos requerem manivela com engrenagens que podem torná-lo muito indesejável para implementar com um sapato devido à complexidade desnecessária e ao ruído que pode ser gerado enquanto o processo de marcha dá partida na máquina.

Uma alternativa legal, método viável de gerar eletricidade a partir de nossos sapatos poderia ser usando um pequeno solenóide, conforme mostrado na imagem a seguir:

Cortesia da imagem: https://cdn.sparkfun.com//assets/parts/6/3/2/2/11015-04.jpg

A figura acima mostra um pequeno solenóide com mola de 5 V que parece ser a escolha certa para a nossa proposta de aplicação de gerador de sapata.

Usando um Solenóide

Uma vez que o solenóide é especificado para operar usando uma entrada de 5 V a 1 ampere, podemos assumir quase a mesma quantidade de energia em seus fios quando é submetido a uma força mecânica de empurrar e puxar. Os parâmetros corretos que podem ser perfeitamente adequados para carregar uma bateria de celular .

Uma grande vantagem de usar esses solenóides é que eles têm um mecanismo de eixo acionado por mola, o que significa que a única força efetiva necessária para gerar eletricidade pela unidade é a força gravitacional, enquanto nossos pés estão em repouso e quando os pés estão sendo levantados a ação da mola do solenóide complementa a ação tornando o sistema extremamente eficiente.

No entanto, como os solenóides normalmente usam uma barra de ferro como êmbolo, não podemos esperar que o sistema gere eletricidade até que essa barra seja transformada em um ímã primeiro, porque apenas um ímã em movimento será capaz de gerar eletricidade quando movido por uma bobina de fio.

Esta modificação pode ser implementada simplesmente anexando alguns ímãs de neodímio na borda superior da haste do solenóide, como mostrado abaixo, isso irá transformar todo o êmbolo em um ímã eficaz, que seria então capaz de interagir com a bobina do solenóide por gerando eletricidade, se você tiver qualquer outro método eficaz de transformar a haste em um ímã permanente, você pode usá-lo para produzir uma melhor resposta das operações.

Na seção a seguir, aprenderemos como gerar eletricidade a partir do sapato enquanto caminhamos, e que pode ser usada para carregar uma célula de íon-lítio.

A montagem acima é apresentada em formato pictórico para mostrar os detalhes da conexão de como gerar eletricidade a partir do calçado, praticamente todos os elementos deverão estar devidamente ocultados dentro de um invólucro e firmemente presos ao salto do sapato.

Na figura podemos ver claramente como o solenóide precisa ser posicionado no calcanhar do sapato, de modo que o solenóide seja submetido a uma pressão e uma pressão de liberação em seu eixo enquanto o usuário caminha.

Cada vez que o eixo do solenóide é puxado ou empurrado, o ímã associado ao eixo dentro da unidade interage com a bobina ao redor do ímã, gerando eletricidade que se torna disponível através dos fios de conexão do solenóide.

Uma vez que o movimento de vaivém do eixo do solenóide deve induzir uma corrente alternada na saída, isso precisa ser retificado para adquirir uma CC, é por isso que uma ponte retificadora pode ser vista conectada aos fios do solenóide.

A CC retificada agora pode ser usada para carregar uma bateria de íons de lítio ou qualquer outra bateria que possa ser classificada no nível de tensão especificado.

Usando um mecanismo de lanterna acionada

Se achar difícil otimizar um mecanismo de solenóide e não produzir corrente suficiente, você pode tentar um conceito alternativo usando um mecanismo de lanterna com manivela.

As lanternas com manivela, como todos sabemos, usam um mecanismo de motor / engrenagem acionado por mola, no qual a engrenagem é acionada com força manual para produzir rotações múltiplas rápidas do eixo do motor com a ajuda de relações de engrenagem calculadas. Essa rotação forçada do motor, em última análise, gera a eletricidade necessária para a carga conectada.

O mesmo princípio pode ser aplicado para gerar eletricidade a partir da sapata instalando apropriadamente um pequeno mecanismo de lanterna com manivela em uma sapata e conectando sua saída com uma bateria, como mostrado abaixo. Certifique-se de remover a seção de LED da unidade e usar apenas o mecanismo para o carregamento pretendido de uma bateria.

Atenção: O circuito não inclui uma proteção de sobrecarga, o que pode ser perigoso para a bateria, hoje as células de íon-lítio vêm com PCMs internos ou módulos de circuito de proteção que garantem total segurança para as células contra sobrecarga ou descarga excessiva ... make Certifique-se de que a célula de íon-lítio tenha este módulo conectado para que você possa carregá-la com segurança usando o conceito proposto de geração de eletricidade durante a caminhada.