Esforço físico na saída de 5V 1–2A?

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Eu tenho um iPhone, e às vezes recarregá-lo de uma parede é inconveniente. Talvez eu esteja em uma longa viagem de ônibus. Se eu estiver disposto a fazer atividade / exercício físico para produzir energia, quanto esforço eu precisaria para atuar como um carregador de telefone, fornecendo 1–2 amperes a 5 V?

Esse dispositivo hipotético precisaria ser pequeno e leve o suficiente para que eu pudesse carregá-lo ... não adianta se precisar ficar em casa para usá-lo.

Por exemplo, há um dispositivo simples para exercícios das mãos que você aperta repetidamente para construir músculos das mãos. Quanta energia isso poderia gerar?

Philip
fonte
Não vou dizer muito, mas vou apontar para este link: newatlas.com/… . É uma bicicleta estacionária. Uma pessoa que monta isso pode gerar 200W de potência - para sua situação (5V a 2A), ou seja, apenas 10W de potência - 5% do que a bicicleta poderia gerar. Então eu apostaria e diria que é possível. Mas não sei como (provavelmente mais adequado para um engenheiro mecatrônico / mecânico).
DSWG
Provavelmente, um dispositivo manual mais eficiente é um gerador de manivela. Porém, não são dispositivos de compressão, e acho que todos estão montados de alguma maneira. Mas eu já vi unidades variando de 10 W a 65 W (embora eu não saiba por quanto tempo você ou eu podemos acompanhar um gerador de 65 W.) Seu total é de 10 W, portanto existem dispositivos de manivela na faixa certa para operação direta e contínua. As eficiências podem ser tão altas, pelo que li, como 80%. Mas é claro que a biomecânica humana possui posições mais / menos eficientes durante uma manivela e, em qualquer caso, os humanos NÃO são eles próprios conversores eficientes de energia. Veja a patente US7893551B2.
jonk
Rádio de manivela do Google, veja se você pode obter uma figura de potência? Você não precisa gerar 10W completos, desde que possua um circuito de porta USB sofisticado o suficiente para relatar quanta corrente ele pode gerar.
TimWescott
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Se você pegar um desses dispositivos de compressão e medir a força necessária para comprimir, poderá estimar a potência - energia = força * distância, potência = energia / tempo. Então, descubra quanta energia por compressão, e com que rapidez você pode comprimir a coisa continuamente. Você deseja desligar as mãos direita e esquerda, ou parecerá Popeye de um lado e Olivoil do outro.
Timwescott
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Não respondendo à pergunta, mas eu sugiro comprar um banco de energia de boa qualidade como este da Huawei (fabricante de telefones chinês).
Spehro Pefhany

Respostas:

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20 watts entregues em um gerador com manivela manual (o suficiente para fornecer 10 watts elétricos após perdas de conversão) poderiam ser gerenciados durante todo o dia por uma pessoa em forma e motivada. Isso empregaria todos os músculos do braço. No entanto, você precisaria de manivelas de comprimento razoável, alças confortáveis, uma boa montagem segura para o gerador, não é algo que você possa carregar e usar despreocupadamente em um ônibus.

Um dispositivo de aperto de aperto pode ser equipado para gerar um pouco de energia, mas, apenas sendo possível usar os pequenos músculos de aperto no antebraço, você terá dificuldade em obter mais do que alguns watts por alguns minutos antes da exaustão.

Se você não se importa em ficar de pé, um mini-stepper pode ser equipado com um gerador. Isso usaria suas pernas, por isso estamos de volta a muitos 10s de watts, até mais de 100 regiões. Ele pode estar deitado no chão de forma estável e talvez caber em uma mochila pequena, por isso é provavelmente o dispositivo mais adequado no geral. Considere que um indivíduo de 70 kg subindo degraus de 200 mm de altura um por segundo está fornecendo 140 watts.

Neil_UK
fonte
Eu amo a ideia de passo a passo. Melhores músculos para usar, sem necessidade de montagem.
Peter - Restabelece Monica
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@ PeterA.Schneider, você sabe que isso tornará a manivela flutuante obsoleta?
UKMonkey
existe maneira de transformá-lo em uma máquina de levantamento terra / agachamento? Eu acho que você fixa barra em um gerador via cabo e puxa para repetições.
aaaaa diz restabelecer Monica
O design mais conveniente para usar em uma mesa ou como não motorista em um veículo é provavelmente algo como uma máquina de costura ou um pedal de órgão, com uma única haste de pistão acionando o gerador de manivela.
R .. GitHub Pare de ajudar o gelo
@ Ale..chenski Você está 9,81 vezes fora. 70kgf x 0,2m por segundo x 9,81 m por (segundo quadrado) (para chegar a Newtons a partir de kgf) = 137,34 watts, o que é menor do que os 140 que afirmei pela primeira vez, mas, ei, para um engenheiro, 9,81 é 10. Opa, o site que você vinculou é 9,81 vezes desativado; portanto, a aritmética não é sua culpa. Mas quem vai a uma calculadora na web e confia cegamente?
Neil_UK 30/10
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A menção de Neil_UK aos dispositivos de treinamento de força de preensão manual me deixou curioso quanto poder suas mãos poderiam fornecer. Para obter uma estimativa, procurei esses dispositivos, aparentemente eles geralmente fornecem cerca de 500 N de resistência a uma distância de 6 cm. Isso nos dá cerca de 30J de energia mecânica por compressão. Não tenho certeza de quantos apertos você pode fazer por segundo, então vamos com energia. Uma célula de bateria NiMH AA armazena cerca de 12kJ de eletricidade, então você precisaria de 400 apertos para carregar uma única bateria NiMH AA . Boa sorte com isso! E esse cálculo nem leva em conta perdas.

Como Neil_UK também menciona, os músculos dos braços e pernas são muito mais fortes. Mesmo uma pessoa não treinada pode produzir 100W em uma bicicleta por longos períodos (> 1h).

Michael
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Estou bastante confiante de que a força não é de 500N (isso seria aproximadamente o peso de uma sacola de cimento).
Peter - Restabelece Monica
Pega 500N, uau, não quero apertar a mão de você! Apertei a mão de um cara e perguntei: 'você é baterista ou especialista em karatê?' Ele sorriu e disse que era um canoeiro.
29518 Neil_UK
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Na verdade, concordar com este estudo 500N parece ser comum entre os homens, enquanto para as mulheres é 200N menos.
Peter - Restabelece Monica
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@ PeterA.Schneider Paper interessante. Embora 500N possa ter um pico de força de preensão, acho que um número menor é apropriado para a geração de energia, o que exigiria uma força média durante um longo percurso. Vejo que eles compararam um com três tentativas de aderência e notaram que a fadiga da aderência era um problema nas três tentativas. Pelo menos eu sei agora para evitar apertar as mãos com os noruegueses
Neil_UK
Obrigado por encontrar e vincular o artigo. Os dispositivos de treinamento geralmente indicam 30 - 150 libras ou mesmo 300 libras (1500N). Para o treinamento de força, você costuma fazer de 3 a ~ 15 repetições; portanto, a fadiga seria um problema se você precisar fazer 400 delas;) #
Michael Michael
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10 watts em comparação com os 550 libras-pé e 746 watts de UM cavalo-vapor, nos fornece números úteis.

Você precisa levantar 550 libras-pé * 10/746 = 550 * 1/75 ~~ 8 libras levantadas UM PÉ, a cada segundo.

Você pode levantar um galão de água, a cada segundo, até um pé, por uma hora?

analogsystemsrf
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Quanto é isso em unidades SI?
Suppen
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@ Abaixe se você levantar uma garrafa de dois litros a meio metro por segundo, ou seja, cerca de 10 watts: 2L * 1kg / L * 10m / s ^ 2 * 0,5m * 1Hz = 10W.
Ruslan #
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Levantar coisas não é uma grande analogia, porque os seres humanos exercem energia mesmo que nenhum trabalho seja feito em um objeto (imagine segurar essa garrafa de dois litros acima de sua cabeça por uma hora). Há uma boa razão para que a energia humana seja frequentemente medida na potência de saída do ciclismo.
Sanchises 29/10
O ponto é que o OP deve executar esta tarefa até que a bateria esteja carregada.
Analogsystemsrf 30/10
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Tecnicamente, uma pessoa com massa de 100 kg andando em passos de 1 m a 2 m / s (cerca de 7,1 quilômetros por hora) precisa gerar / usar cerca de 500 W de potência, conforme este artigo ilustra . Portanto, se você tiver algum dispositivo embutido em seus sapatos, é possível obter 10 W extras, especialmente porque você precisa da carga por apenas 1 hora (as baterias dos smartphones têm capacidade de cerca de 10 W-hora e se negligenciarmos as perdas de conversão). Portanto, adicionar 2% de carga ao esforço de caminhada deve fazer o trabalho. O quão confortáveis ​​esses sapatos serão é outra questão.

Houve tentativas de usar a captação de energia dentro dos sapatos, mas os resultados não foram muito impressionantes, de 3 a 4 mW.

Existem até instruções sobre como criar "gerador de calçados" com peças de lanterna recarregável, portanto esse método provavelmente gera mais do que alguns miliwatts.

RECONSIDERAÇÃO E CORREÇÕES: Esta resposta destaca que não apenas um "punho de mão" está disponível para a colheita de força, levantando alguma coisa, mas o trabalho com os pés também tem algumas capacidades. As expectativas acima são, no entanto, excessivamente otimistas.

(1) 4,5 km / h é uma boa caminhada na Maratona de 5 km e não é para uma pessoa comum realizá-la em 1 hora. Então, sim, é uma "caminhada rápida", de fato, ou como andar de bicicleta no Tour de France;

(2) observacionalmente, caminhar exige elevar apenas o centro de massa de uma pessoa por 2-3 cm, não como um raio rígido de 1 metro rolando sem aros, como sugere o modelo citado. Portanto, a potência mecânica de uma caminhada de 2 passos por segundo parece ser da ordem de 2 x 100 x 0,03 xg ~ = 60 Watts. (isso não indica quanto uma pessoa deve comer para conseguir isso).

(3) Portanto, um sapato gerador de energia deve ter um êmbolo de excursão de 0,5 cm para gerar 10 W a partir de um corpo de caminhada rápida de 100 kg, assumindo 100% de eficiência.

(4) Pior ainda, a eficiência dos geradores de manivela, mesmo se feitos pelos melhores engenheiros militares , não exceda 50%; portanto, os sapatos devem ter um sapato de excursão de 1 cm para gerar 10 W.

(5) Portanto, um gerador de manivela de 10 W, se embutido em um sapato, consumirá cerca de 15 a 20% dos esforços de caminhada rápida, o que pode não ser confortável.

(6) Veja também uma resposta bastante relacionada no EE Stack Exchange sobre os esforços para gerar eletricidade.

CONCLUSÃO: A tarefa de carregar um smartphone em uma hora usando a força muscular exigiria uma pessoa muito dedicada e em boa forma física.

Ale..chenski
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Nada do que você escreve aqui suporta os 10W ou até perto dos quais o OP realmente pergunta. O "instrutável" nem mostra que funciona.
pipe
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"uma pessoa com massa de 100 kg andando em passos de 1 m a 2 m / s (cerca de 7 km / h) tem que gerar / usar cerca de 500 W" - esses números parecem suspeitos. Esta fonte coloca os corredores do Tour de France em 500W contínuos (o que corresponde razoavelmente ao que eu li antes). Isso significa que seu grandalhão andando rapidamente gastaria o mesmo poder que um atleta do Tour de France, o que duvido. Seu artigo também faz todo tipo de suposições incorretas: as pernas são pólos rígidos, a energia do movimento descendente é perdida em vez de recuperada.
Marcelm
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500W são 120 calorias por segundo. Fiz uma caminhada de caridade há alguns dias, sustentando cerca de 2m / s por uma hora, e peso 100kg. Como não queimei 400.000 calorias, esse modelo deve estar muito longe. A maioria das calculadoras de exercícios colocaria isso na faixa de 500-1000 calorias, então eu estaria gerando não mais do que alguns watts.
Phil G
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@PhilG Tem certeza de que não está confundindo calorias e quilocalorias? Estes últimos são frequentemente, confusos, escritos como "Calorias"? 400kcal não é uma quantidade enorme de energia: é cerca de um sexto da ingestão diária recomendada.
David Richerby
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@PhilG 400kcal por uma hora de caminhada parece bastante plausível, na verdade. Mas há uma grande diferença entre a energia consumida nos alimentos e a energia fornecida como trabalho mecânico. A questão dos POs refere-se ao segundo, mas esse segmento de comentários evoluiu para o primeiro. Eu acho que isso também é o que me jogou fora ao interpretar a resposta de Ale..chenski (que ajuda a fundir os dois em "gerar / uso cerca de 500 W" ) ...
marcelm