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UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PAVIA
PROGETTO BIO TERMOGENERATORE A CALORE CORPOREO:
STUDIO DI FATTIBILITA'
di Cristian Valgoi
Relatore: prof.ssa Carla Vacchi
Correlatore: ing. Stefano Lodo
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Studiare e realizzare generatori portatili che utilizzino fonti energetiche alternative recuperabili dal corpo umano :
Movimento Calore
OBBIETTIVO PRINCIPALE
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Moduli termoelettrici
Fine ultimo:• Recuperare energia altrimenti sprecata• Alimentare dispositivi a basso consumo• Caricare batterie
Già realizzato:• Sensore biometrico wireless• “Smart clothes”
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Effetto Seebeck
Microscopicamente
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Effetto Seebeck
Macroscopicamente:Termocoppia
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Celle di Peltier
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Termogeneratore
Realizzare un generatore basato su celle di Peltier.
Le celle di Peltier utilizzate sono state recuperate da progetti dismessi e non sono, in realtà, adatte allo scopo.
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Cella β
Resistenza interna:
~ 0,1 Ω
Tensione a circuito aperto:
~ 180 mV
Potenza massima:
~ 6,2 mW
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Cella α
Resistenza interna:
~ 6 Ω
Tensione a circuito aperto:
~ 200 mV
Potenza massima:
~ 2,5 mW
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Cella ρ
Resistenza interna:
~ 1 Ω
Tensione a circuito aperto:
~ 160 mV
Potenza massima:
~ 1 mW
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Tris di Peltier
Prestazioni reali contro prestazioni attese
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Elevare la tensione
Per elevare la tensione è possibile: Più celle di Peltier in serie Costruire un circuito elettronico che se ne occupi
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Boost
Circuito per l'elevamento in tensione: Boost
FASE ONFASE OFF
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Modello matematico per Boost
FASE ON: FASE OFF:
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Modello matematico per Boost
Per uno stato stazionario si ottiene:
Dove:
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Modello matematico per boost
Duty cycle Resistenza di carico
Tensione residua di saturazione
del transistor bipolareFASE ON FASE OFF
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Flyback
Si utilizza un trasformatore per elevare ulteriormente la tensione.
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INV20K
Primo prototipo Potenza generata:
168 μW
Potenza dissipata dall’oscillatore:
68 μW
Potenza generata netta:
100 μW
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Altri prototipi
Q32K Q2MR400K
Potenza generata: 20 μW
Potenza consumata: 3,2 mW
Potenza generata: 1 μW
Potenza consumata: 2,28 mW
Potenza generata: 25 μW
Potenza consumata: 2,4 mW
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Bracciale termogeneratore
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Miglioramenti
Sostituire le celle di Peltier con dispositivi termoelettrici realmente pensati per l’energy harvesting.
Ottimizzare il trasferimento di potenza.
Trovare un’applicazione per la quale il body heat energy harvesting sia una prospettiva interessante e vantaggiosa.
Realizzarne il progetto.
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DIMOSTRAZIONE
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE