پیمانکار رتبه یک تاسیسات

خانه ی شناور
2016-06-07
بررسی انواع سوخت پاک برای اتومبیل‌ها
2016-06-09
نمایش همه

درختان مکانیکی

درختان مکانیکی

گردآورنده: مریم مصطفی نظری
خرداد ۹۵

مقدمه
محققان دانشگاه اوهایو نتیجه جالبی از تحقیقات خود را پیرامون اشیایی با فناوری پیشرفته در مجله Sound and Vibration منتشر نموده‌اند که شباهت بسیاری به درختان مصنوعی دارند. این درختان از مواد الکترومکانیکی ساخته شده‌اند که انرژی جنبشی ناشی از وزش باد، تکان‌های جزئی ساختمان‌های بلند، لرزش‌های ناشی از حرکت یا ترافیک بر روی پل را به ارتعاشات ساختاری قوی تبدیل می‌کند که برای تولید انرژی برق به صورت تجدیدپذیر مطلوب است.
به گفته رایان هارن مدیر این پروژه و استادیار دانشکده مهندسی مکانیک و هوا-فضا و مدیر آزمایشگاه تحقیقاتی صدا و لرزش در دانشگاه اوهایو، ارزش این فناوری زمانی است که از آن در مقیاس کوچک و در شرایطی که امکان بهره‌بری از سایر منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی ممکن نیست استفاده شود.

we

ساختار و چگونگی عملکرد درختان مکانیکی
این سازه‌ها در عمل ساختار بسیار ساده‌ای دارند که از مواد الکترومکانیکی مانند پلی ‌وینیلیدین ‌فلوراید (PVDF) ساخته می‌شوند. به طوری که از یک تنه کوچک با چند شاخه بدون برگ تشکیل شده‌اند که حرکت نوسانی حاصل از وزش باد و دیگر محرک‌ها به همراه ساختار ارتعاشی سازه انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
ساختمان‌ها در اثر وزش باد و پل‌ها بر اثر حرکت اتومبیل کمی نوسان پیدا می‌کنند. میزان بسیار زیادی انرژی جنبشی در این نوسانات اندک نهفته است که در عمل هدر می‌رود. هدف از طراحی و ساخت درختان مصنوعی بازیابی و احیا این انرژی از دست رفته است.
در مرحله ابتدایی طرح تبدیل ارتعاشات سازه‌ها باید تامین کننده انرژی برق مورد نیاز سیستم‌های کنترل سازه‌ باشد. هارن هدف خود را در مرحله نخست ساخت درخت‌های کوچکی اعلام کرده است که تامین کننده ولتاژهای حسگری است که در قسمت زیرین پل‌ها یا در تیرآهن ساختمان‌های بلند نصب می‌شوند. به طوری که تامین کننده انرژی حسگرهایی‌اند که کنترل کننده یکپارچگی و سلامت ساختاری زیر ساخت‌های شهری مانند ساختمان‌ها و پل‌ها هستند.

eee

امروزه تنها روش تامین انرژی اغلب حسگرهای سازه‌ها استفاده از باتری یا اتصال مستقیم آنها به خطوط برق است که روش‌هایی گران قیمت‌اند. همچنین مدیریت و تامین انرژی آن دسته از حسگرهای نصب شده در مکان‌های دوردست در عمل کاری دشوار و پر هزینه است. این امر درحالی است که اگر حسگرها بتوانند انرژی ارتعاشی ناشی از سازه را جذب و داده‌های مورد نیاز را ذخیره کنند قادر خواهند بود اطلاعات داده‌ها را به صورت بیسیم انتقال دهند.
مهندسین واحد تحقیقات این پروژه سازه خود را در مقیاس آزمایشگاهی بر اساس دو میله کوچک فلزی پیاده‌سازی نموده‌اند که یکی از میله‌ها به منزله تنه درخت و دیگری شاخه آن است. این دو میله کوچک به منظور تبدیل ارتعاشات ساختاری به انرژی الکتریکی توسط نواری از جنس ماده الکترومکانیک پلی ‌وینیلیدین ‌فلوراید (PVDF) به هم متصل شده‌اند.

wef

اساس عملکرد درختان مکانیکی بر مبنای پدیده رزوناس داخلی است. آنها از طریق الگوهای ریاضی نشان دادند که ساختارهای درخت مانند می‌توانند ارتعاشات را در فرکانس مشخص پایداری حفظ و انرژی را به طور موثر جذب نموده و به کمک مدار برق آن را ذخیره کنند.
محققان دانشگاه اوهایو نشان دادند که می‌توان بر اساس رزوناس داخلی درخت الکترومکانیکی را به ارتعاش با دامنه‌های بزرگ در یک فرکانس پایدار پایین تحریک نمود، این قضیه نیز برای شرایطی که درخت تنها نیروهای فرکانس بالا را تجربه می‌کند صادق است. آنها برای مشاهده نهایی عملکرد، الگوی سازه درختی را بر روی دستگاهی نصب کردند که آن را در فرکانس‌های بالا به جلو و عقب تکان دهد. در ابتدای آزمایش ظاهرا درخت آزمایشی ثابت و بدون ارتعاش بود که دلیل آن عملکرد دستگاه در فرکانس بالا و دامنه‌های کوچک بود. ولی PVDF از این حرکت ولتاژ کمی در حدود ۸/۰ ولت تولید نمود.

wfe

در مرحله بعدی آنها به سیستم مدل شده خود نویز را اضافه کردند تا عمکرد درخت را در شرایط تصادفی با تکان‌های ناگهانی در جهت‌های مختلف را بررسی کنند. این شرایط به گفته هارن وضعیتی است که درخت می‌تواند به وضعیت اشباع برسد و نقطه اوجی است که انرژی فرکانس بالا سریعا به فرکانس نوسان پایین تغییر وضعیت می‌دهد. در این زمان درخت تکان‌های قابل توجه‌ای خواهد داشت به طوری که تنه و شاخه‌های آن همزمان مرتعش می‌شوند. این حرکت فرکانس پایین ولتاژی دو برابر مقدار قبل در حدود ۲ ولت تولید می‌کند.
این مقادیر ولتاژ در عمل پایین بوده اما آزمایشات حاکی از آن است که انرژی‌های تصادفی با ایجاد تکان‌های ناگهانی و شدید برای تولید برق مفیدند. به عبارت بهتر نویز بالا و رخ دادن پدیده اشباع در درخت قادر به تولید ولتاژ خروجی قابل قبولی است اما این رخداد‌های طبیعی در عمل غیر قابل پیش بینی‌اند.
تا کنون محققان به تصور آنکه نیروهای طبیعت برای تولید تکان‌های سازنده و سازگار مناسب نخواهد بود برای جذب ارتعاشات واقعی محیط و تولید برق با استفاده از درخت‌های الکترومکانیکی تلاش منسجمی انجام نداده‌اند.

منابع:

www.engadget.com

www.sciencedaily.com

dllll

یک دیدگاه