Energia do corpo humano

Uma fonte de energia com grande potencial que tem vindo a ser cada vez mais explorada ´e a energia produzida pelo corpo humano.

O corpo humano ´e uma fonte constante de calor e vibra¸c˜oes, o que permite que exista um aproveitamento t´ermico e cin´etico. Existem v´arias formas de aproveitar esta energia enquanto s˜ao realizadas tarefas di´arias como caminhar, correr, entre outras.

Energia t´ermica

Devido principalmente a avan¸cos na produ¸c˜ao de dispositivos de monitoriza¸c˜ao, existem estudos que mostram a energia que o movimento do corpo humano consegue produzir enquanto executa tarefas normais. Na tabela 1.1 adaptada de Rastegar and Dhadwal (2017) podem ver-se alguns exemplos da energia produzida por essas atividades e a aplica¸c˜ao que essa energia poderia ter.

Leonov (2013), realizou um estudo para avaliar a influˆencia da taxa metab´olica de uma pessoa na recolha de energia termoel´etrica, chegando `a conclus˜ao que esta n˜ao tem interferˆencia, sendo a produ¸c˜ao de energia afetada por outros fatores, como temperatura ambiente, velocidade do vento, isolamento t´ermico da roupa e, princi- palmente, a atividade realizada.

No estudo pr´atico realizado por Leonov (2013) foi desenvolvida uma camisa de escrit´orio termoel´etrica, com coletor de energia, capaz de produzir mais energia durante nove meses de uso (usado 10 horas por dia), que a energia armazenada em pilhas alcalinas com a mesma espessura e peso. Neste caso foi gerada energia entre os 0,5 e os 5 mW a temperaturas ambiente entre os 15 e os 27 o

C.

1.1. RECOLHA DE ENERGIA NO AMBIENTE PARA USO PESSOAL 7

Tabela 1.1 – Energia produzida pelo movimento humano.

Atividade Humana Potˆencia (W) Aplica¸c˜ao Potˆencia (W)

Apertar um bot˜ao 0.3 Comando TV 0.1

Tremer 0.4 Radio port´atil 0.72

Aperto de m˜ao 3.6 Mp3 0.16

Torcer 12.6 Telem´ovel 2

Dobrar 20 Laptop 2

Empurrar 20 Lanterna 4

Trabalhos manuais 21 M´aquina fotogr´afica 6

Puxar 23 Notebook 10

Oscilar 25 Televis˜ao 75

observar que quanto maior a diferen¸ca de temperatura maior ser´a a energia produ- zida, podendo obter um fluxo de calor 100 mW/cm2 _{para uma diferen¸ca de 20} o_C.

Energia cin´etica

Utilizar o corpo humano como fonte de energia cin´etica ´e uma op¸c˜ao muito v´alida para a produ¸c˜ao de energia el´etrica. Sendo o corpo humano uma estrutura vi- brat´oria, este tem uma frequˆencia de excita¸c˜ao, que segundo Kazmierski and Beeby (2014), ´e inferior a 10 Hz. Caso a frequˆencia de ressonˆancia do dispositivo coletor n˜ao corresponda `a frequˆencia de vibra¸c˜ao ambiente, que neste caso ser´a o corpo humano, ent˜ao a potˆencia de sa´ıda do gerador diminui significativamente. Segundo Kazmi- erski and Beeby (2014), uma alta frequˆencia de ressonˆancia, significa uma grande limita¸c˜ao para a recolha de energia.

A energia cin´etica deve ser recolhida de forma adaptativa, empregando mecanismos que a possam ajustar, ou sintonizar, `a frequˆencia de ressonˆancia de um gerador, de modo que a frequˆencia de ressonˆancia coincida com a frequˆencia de vibra¸c˜ao

8 CAP´ITULO 1. INTRODUC¸ ˜AO

ambiente em todos os momentos, ou se alargue a largura de banda do gerador. Segundo Zhu et al. (2009), o ajuste da frequˆencia de ressonˆancia pode ser obtido alterando as caracter´ısticas mecˆanicas da estrutura ou da carga el´etrica alimentada pelo gerador. Al´em disso, o aumento da largura de banda do gerador pode ser conseguido, por exemplo, utilizando uma s´erie de estruturas mecˆanicas, cada uma com uma frequˆencia de ressonˆancia diferente, um limitador de amplitude, osciladores acoplados ou ent˜ao molas n˜ao lineares.

Assim sendo, o desenvolvimento deste g´enero de dispositivo ´e bastante complexo, sendo necess´ario ter diversos factores em considera¸c˜ao.

Na escolha do tipo de dispositivo a desenvolver, tem obrigatoriamente de se ter em considera¸c˜ao as dimens˜oes limitantes, a energia a produzir e a sua finalidade. A zona onde ser´a aplicado o dispositivo, o potencial energ´etico das diferentes zonas do corpo humano e se ´e adequado, s˜ao outros aspetos a ter em conta.

Depois de definidas as caracter´ısticas do gerador e a zona de aplica¸c˜ao, tem de ser projetado o coletor. Nesta fase existem muitas vari´aveis a ter em considera¸c˜ao, como peso, altura, materiais e tipo de utilizador, pois como ser´a poss´ıvel ver mais `a frente o tipo de utilizador e as atividades que este pratica enquanto usa o coletor influenciam a produ¸c˜ao de energia.

A base de todo este projeto ´e o gerador inercial, pois ´e atrav´es dele que ser´a pro- duzida a energia, a partir do movimento do corpo humano e das vibra¸c˜oes por ele originadas. O gerador inercial ir´a converter a energia cin´etica desse movimento em energia el´etrica.

Para converter a energia cin´etica do corpo em energia el´etrica s˜ao utilizados ge- radores de ressonˆancia de velocidade amortecida. Mais especificamente, utilizando um gerador cuja massa se encontra em levita¸c˜ao magn´etica, que consiste num tubo com uma massa inercial em suspens˜ao, devido `a coloca¸c˜ao de um ´ıman em cada extremidade do dispositivo, tendo em conta que esta massa oscilar´a verticalmente ou horizontalmente com o movimento da parte do corpo em que esteja colocada,

1.1. RECOLHA DE ENERGIA NO AMBIENTE PARA USO PESSOAL 9

sendo produzida energia mecˆanica que ser´a convertida em energia el´etrica.

Nos ´ultimos anos existiram diversas pesquisas nesta ´area que demostram que esta ´e uma forma de produzir energia de grande utilidade e de forma sustent´avel, pois ape- sar deste processo produzir quantidades de energia relativamente reduzidas, permite- nos obter energia em lugares isolados ou em locais onde n˜ao ter´ıamos acesso a mais nenhuma fonte energ´etica.

Na figura 1.5 podemos observar um dispositivo, que atualmente ´e comercializado, que aproveita o movimento do corpo humano para produzir energia.

Figura 1.5 – NPowerPeg.

Segundo as carater´ısticas apresentadas na ficha do produto, ´e possivel observar que este tem uma bateria de 2 Ah que para al´em de carregar atrav´es da convers˜ao de energia cin´etica em energia el´etrica, este dispositivo pode tamb´em ser carregado usando um computador, funcionando assim como uma power bank. Depois de com- pletamente carregado, o NpowerPeg mant´em a carga durante 100 dias, sendo poss´ıvel obter energia para fazer uma chamada de um telem´ovel completamente descarregado agitando o dispositivo vigorosamente durante aproximadamente 10 minutos.

10 CAP´ITULO 1. INTRODUC¸ ˜AO