¿Generar electricidad moviendo la manija de la puerta para producir 3 vatios?

Quiero conectar un generador a la manija de una puerta y hacer que la salida cargue una batería. Mi sistema necesita proporcionar alrededor de 3 vatios. Aquí se hizo una pregunta similary lo mencioné para tener una idea de qué tipo de fuerza, torsión, potencia y energía se necesitan para girar la manija de la puerta. Sin embargo, estos valores se calcularon sin el generador conectado a la manija de la puerta. Mi pregunta es, ¿cómo afectaría estos valores al conectar el generador a la manija de la puerta? Sé que el generador también requerirá algo de par para girarlo. Lo que me confunde es si debo conectar el generador directamente a la manija de la puerta o usar relaciones de transmisión para descubrir algún sistema de transmisión. El sistema de engranajes sería aumentar la velocidad angular del generador en función de la relación de transmisión y la velocidad angular de la manija de la puerta. Los generadores que he visto suelen tener alguna clasificación en la que dicen qué voltaje y corriente se producen en función de las rpm, así que pensé que podría obtener estas rpm con engranajes,

Sé que hay más de una pregunta aquí, pero si pudiera ayudarme a entender algo de esto, realmente lo agradecería. Incluso si esto no es del todo factible, ¿cuáles serían las principales limitaciones?

¿3 vatios continuos, como encender una raspberry pi, o 3 vatios por un instante, como encender un transmisor para una alarma antirrobo o un timbre de puerta?
Describa lo que planea hacer con la batería cargada. Si no puede hacer eso, describa sus expectativas sobre cuánto tiempo llevará cargar la batería y cuánta energía se le quitará. Mi mayor preocupación es que no se aplicará suficiente potencia mecánica a la manija de la puerta para satisfacer las necesidades de lo que sea que esté haciendo. Ah, y el tamaño de la batería en vatios hora o mAh, más el voltaje nominal.
Los 3 vatios que mencioné fueron una estimación anterior. Esta batería debería poder alimentar un pic 24 continuamente a 0,63 mW, debería poder mantener un lector de huellas dactilares encendido continuamente a 429 mW y mantener un módulo wifi en modo de espera continuamente a 3,96 mW. También estoy considerando conectar un motor de CC al pestillo del cerrojo y manejarlo con un puente H. Esto también sería alimentado por la batería a 1 W, pero esto no es continuo y duraría alrededor de 0,5 segundos. En cuanto a más detalles con la batería, todavía no estoy muy seguro. Quiero que pueda hacer lo que mencioné en esta respuesta.
Gracias por las respuestas por cierto. Otra cosa que me confunde es cómo calcular los pares necesarios para las relaciones de transmisión. Sé que este es un tema de ingeniería no eléctrica, pero si alguien tiene buenos recursos para esto, ¡sería genial!
Si el lector de huellas dactilares es realmente de 430 mW y necesita estar encendido continuamente, es decir, las 24 horas del día, los 7 días de la semana, eso lo va a matar. ¿No se puede poner a dormir hasta que suceda algún evento? ¿Tal vez puedas usar un acelerómetro para despertarlo cuando lo toques? (BMA 222). En cuanto a cómo recolectar energía de la manija de una puerta, creo que tal vez un motor de imán permanente. Puede ser lineal o rotatorio, según convenga. En lugar de engranajes mecánicos, creo que puede usar la conversión DC-DC para obtener la máxima potencia sin que la acción se sienta pesada.
Sería bueno si pudiera girar la manija para cargar el sistema en caso de que se agote la batería. Tarde o temprano, tendrás que lidiar con una batería descargada. No estoy seguro de si el mecanismo de bloqueo lo permitirá. Algunos evitan que la manija gire, otros permitirán que la manija gire pero no se abran.
use un supercap en lugar de una batería

Respuestas (3)

Esta batería debería poder
alimentar un pic 24 continuamente a 0,63 mW, debería poder
mantener un lector de huellas dactilares encendido continuamente a 429 mW y
mantener un módulo wifi en modo de espera continuamente a 3,96 mW.
También estoy considerando conectar un motor de CC al pestillo del cerrojo y manejarlo con un puente H. Esto también sería alimentado por la batería a 1 W, pero esto no es continuo y duraría alrededor de 0,5 segundos.

Usted dice que desea una salida de potencia media continua de
0,63 + 429 + 3,96 mW + 1 W muy ocasionalmente
= 429 mW + irrelevante.

En un día eso es alrededor de 10 Watt.hora

Por lo tanto, un usuario que ingrese 3 vatios continuamente a través de la manija de una puerta deberá hacerlo
10/3 = 3 + horas por día.
O 30 W durante 20 minutos: ese es un nivel de ejercicio significativo.
O 300 vatios durante 2 minutos; la mayoría de la gente no podría hacer eso.

es decir, puede ver fácilmente con cálculos tan simples que lo que ha pedido no es realista Y que no necesita más o la potencia que solicitó. Parece extremadamente improbable que necesite un lector de tarjetas con alimentación continua o que necesite un nivel de potencia tan alto en modo de espera.

Intentar otra vez.
Un promedio de 5 mW a 10 mW debería ser suficiente.
Durante 24 horas, 10 mW =~ 0,25 Wh
0,24 W durante 1 hora
2,4 W durante 6 minutos
24 W durante 36 segundos.
Si puedes conseguir que en 10 sesiones sean 24W x 3,6 segundos x 10
O 2,4W x 3,6 segundos x 100

La última cifra suena como lo que podría obtener fácilmente al abrir una puerta sin que sea demasiado obvio. En la práctica, querrá varias veces más para permitir ineficiencias y aspectos prácticos.

¿Son demasiadas 100 operaciones al día? Eso dependerá de la aplicación.
Pero lo anterior le brinda una base para un cálculo realista utilizando suposiciones que le convienen.

Una vez que haya refinado la especificación, podemos hablar sobre la generación de energía.

Al 100% de eficiencia

Watt.segundos ~= kg_fuerza x metros recorridos x 10.

Esto podría derivarse de abrir una puerta, tirar de una palanca o, por ejemplo, pararse en un escalón (que se mueve bajo el peso aplicado para accionar un alternador).

Creo que lo que se necesita es lo siguiente: un solo giro del mango debe reemplazar toda la energía que se gastó en leer la huella digital más un poco más para el Wifi. Eso es a lo que realmente se reduce. Entonces, el OP tiene que descubrir cómo dormir al lector entre sesiones.
@Mkeith Suena bien. 500mW digamos x 1 min digamos = 30 Julios = 3 kg.m @ 100%. Abrir una puerta podría hacer esto muy bien. | = 30 kg x 100 mm o 60 kg x 50 mm al 100 %. Peso en el escalón, etc.
Rehice mis cálculos. Los componentes que necesito son un pic24, módulo wifi, h-bridge y un lector de huellas dactilares. Para wifi tengo 2 modos de energía: enviar y guardar. Para el sistema tengo 3 modos: ráfaga, interfaz de usuario e inactivo. Se utilizan diferentes módulos en los 3 modos y calculé cuánta energía se requiere en cada modo. Luego multipliqué cada uno de ellos por el tiempo que cada modo está activado. La suma de estos me dio la energía total necesaria por día; 39,02 kJ = 10,84 Wh. Mis cálculos coincidieron con los de Russel. El lector de huellas dactilares no tiene un modo de suspensión, pero tal vez podría tener un interruptor en él.
Usaría un micro pequeño y económico de muy baja potencia para dormir con un ojo abierto, esperando una entrada del usuario (si esto requiere un sensor adicional cerca del lector de huellas dactilares para detectar un dedo, que así sea), y luego encienda el resto de el sistema sólo cuando sea necesario. Es probable que la recolección de energía de la manija de la puerta sea menos útil que algo como un pequeño panel solar en la unidad o usar la apertura de la puerta (un movimiento mucho mayor, mucha más energía durante un período más largo)

Considere obtener energía de la apertura de la puerta en su lugar. Es una palanca mucho más larga y el usuario puede aplicar más fuerza. Por ejemplo, podría tener un peso en un cable que se levanta al abrirse y luego desciende lentamente alimentando un generador. Incluso podría hacer que descienda muy lentamente como el peso de un reloj, aunque generar electricidad de manera eficiente a partir de eso puede ser complicado. Hagas lo que hagas carga/descarga ineficiencia + autodescarga de una batería va a consumir bastante energía.

También puede hacerlo mucho mejor en el consumo de energía. La detección capacitiva se puede realizar con un consumo de energía muy bajo. Si la placa de montaje para el lector de huellas dactilares es un sensor, puede activarlo a pedido. No olvide agregar un par de indicadores LED para confirmar que el lector está realmente funcionando si hace esto, para que pueda depurar el bloqueo.

(Todavía creo que es mucho más fácil y más confiable tener una batería o una conexión a la red eléctrica; eche un vistazo, por ejemplo, a Lockitron).

La recolección de energía es para dispositivos de micropotencia, no wifi, actuadores y dispositivos de drenaje continuo.

Busque un cargador USB de manivela para hacerse una idea de un generador práctico y económico, y lea las reseñas para ver cuánta o poca energía genera.

Si no puede obtener energía externa, su mejor opción es una batería primaria o celdas solares para cargar.

Solo para su información: los cargadores de manivela pequeños de plástico con engranajes pueden obtener aproximadamente 1 vatio si se operan con entusiasmo y después de aproximadamente 5 minutos de uso, su mano necesitará unas vacaciones. Un cargador de manivela bien diseñado producirá 5 vatios "todo el día" y es probable que muera de aburrimiento en lugar de esfuerzo. 10 Watts se está volviendo un poco entusiasta pero es soportable. Más es posible, pero se vuelve molesto. Para la potencia del pedal, 50 W es factible durante 1 hora y se registra como un ejercicio ligero pero notable. 100 W es molesto. Más se vuelve difícil rápidamente para las personas de condición física promedio.
@RussellMcMahon Gracias, esa es una mejor entrada de la que pude encontrar rápidamente en línea. 5 o 10 W no está mal, pero a menos que se le pida a cada persona que abra la puerta durante unos minutos, no sumará.
Esa es una manivela mucho mejor de la que normalmente encontrarás vendida. Esencialmente, un motor de lavadora de "accionamiento inteligente", efectivamente un BLDCM de baja velocidad que agitará y hará girar directamente un recipiente lleno de ropa + agua, con una manivela añadida. Puede hacer algo similar, pero las máquinas Fisher & Paykel son una buena forma económica de hacer esas cosas.
¿Generar electricidad moviendo la manija de la puerta para producir 3 vatios?
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