Eu sou um tetraplégico. Seria possível alimentar meu umidificador com uma bateria?

Sou um novato absoluto em relação à engenharia elétrica e, portanto, espero que sua experiência possa me guiar na direção certa. Sei que este é um post incomum para este fórum e, por isso, desde já agradeço sua consideração.

Primeiro, deixe-me fornecer algum contexto para minha pergunta. Sou tetraplégico e uso um ventilador para apoiar minha respiração. A configuração do ventilador inclui um umidificador para manter meus pulmões úmidos. Na minha situação particular, sou incapaz de ficar sem umidificação por um período significativo de tempo. Eu uso um fio aquecido com o umidificador, o que diminui a condensação nos tubos do ventilador. Tanto o ventilador quanto o umidificador estão conectados à minha cadeira de rodas e cada um tem seus próprios cabos de energia. O ventilador também possui seu próprio componente de bateria, mas o umidificador não. Como você pode imaginar, a necessidade de estar conectado a uma tomada limita muito minha mobilidade.

Dado tudo isso, eu adoraria poder alimentar meu umidificador com algum tipo de bateria - embora eu não saiba como ou se é possível. Com os avanços na tecnologia de baterias, gostaria de pensar que é possível. Minha idéia inicial era amarrar as baterias que alimentam minha cadeira de rodas, mas as pessoas que atendem minha cadeira me disseram que essas baterias seriam esgotadas rapidamente do umidificador.

Aqui estão as especificações elétricas do umidificador, além de algumas outras fotos:

Então, acho que tenho várias perguntas. Por onde você começaria se precisasse resolver esse problema? De que capacidade de bateria eu precisaria para executar o umidificador por várias horas? Essa bateria está prontamente disponível ou precisaria ser projetada especificamente para essa finalidade? A conexão pode ser aterrada? Há outros problemas que eu possa estar ignorando?

Ficaria muito grato por qualquer conhecimento que você pudesse compartilhar comigo.

Muito obrigado David

Minha esposa tem um HC-150, que é menor que o seu, porque só o usa à noite. No entanto, como disse Olin, uma unidade menor pode ser uma opção se você precisar apenas por algumas horas.

As outras respostas falaram sobre as classificações de pico de corrente, mas o que é importante para a capacidade da bateria é a corrente média . A unidade da minha esposa atinge um pico de cerca de 90W, mas funciona apenas em torno de um ciclo de trabalho de 33% em uma partida a frio e muito menos do que uma vez aquecida, o que significa um consumo médio de energia bem abaixo de 30W. Ela opera com facilidade o umidificador e o CPAP a partir de uma bateria marinha de ciclo profundo por mais de 9 horas em acampamentos. É pesado, mas não tão pesado que você não poderia montá-lo em uma cadeira de rodas.

A melhor maneira de aprender o seu consumo médio de energia real é obter um kW e medir por várias horas em condições típicas. Ou simplesmente adote a abordagem experimental, compre uma bateria e o inversor mais eficiente possível e veja quanto tempo dura enquanto você está seguro em casa. Você provavelmente também quer algum tipo de indicador de nível para não descarregar muito longe.

Observe que o pico de potência ainda é importante ao selecionar o seu inversor, pois ele deve ser capaz de lidar com esse poder, além de alguma margem para eficiência e erro, mesmo que seja apenas para rajadas curtas.

Outra coisa a considerar se você deseja isso para se deslocar em sua própria casa pode ser algum tipo de estação de carga / acoplamento. Assim, quando você se muda para uma nova sala, pode desconectar e reconectar-se. Procure a estação de carregamento do robô para obter algumas idéias.

Minha filha tem paralisia cerebral e sei o quanto a mobilidade é importante para ela. Desejo-lhe boa sorte em encontrar uma boa solução.

O problema básico é que este umidificador precisa de muita energia. Ele precisa de 184 W no pior caso das especificações fornecidas, digamos 210 W em um inversor. Digamos que ele tenha que sustentar isso por 2 horas, ou seja, 1,5 MJ. Até agora, tudo isso é apenas física básica, nada de eletrônica inteligente pode contornar.

Vamos colocar a figura de 1,5 MJ na perspectiva de uma bateria de carro. 210 W a 12 V requer 17,5 A. Por duas horas, são 35 Ah, mas você não pode esgotar completamente essa bateria sem danificá-la. Em termos de bateria de carro, você precisaria de uma classificação de pelo menos 50 Ah. Isso não vai ser pequeno ou leve.

Hoje existem outras tecnologias de bateria que são menores e mais leves para o mesmo armazenamento de energia. Por exemplo, as células prismáticas de 20 Ah 3,3 V de A123 são de cerca de 500 g cada. (210 W) / (3 V) = 70 Um total, portanto, quatro células de 20 Ah podem, em teoria, lidar com isso por uma hora. No entanto, isso precisa ser reduzido por várias razões; portanto, imagine 5 células com pelo menos uma hora de duração e 10 por duas horas. São 5 kg ou 11 libras, embora isso não conte com o inversor, o carregador e a mecânica para suportar tudo.

Portanto, sim, isso poderia ser feito a um custo significativo, exigiria espaço e peso significativos e custaria muito. Uma resposta melhor é gastar o dinheiro em um umidificador melhor, que foi projetado para eficiência e uso de bateria reserva. Eu não olhei o que está lá fora, mas é aí que eu começaria.

Se o seu umidificador funcionar com corrente alternada e você precisar alimentá-lo com uma bateria, será necessário interpor um inversor entre a bateria e o umidificador para converter a saída CC da bateria na corrente alternada necessária para o umidificador.

Pelas especificações, a pior entrada de energia do umidificador é no modo de fio aquecido a 230V, onde a energia dissipada pelo umidificador será de 184 watts.

Assumir 60% de eficiência através do inversor significa que, para fornecer 184 watts ao umidificador, a bateria deve fornecer cerca de 307 watts ao inversor.

Para uma bateria de 12 volts, isso significa um consumo de cerca de 26 amperes; portanto, se você quiser acionar o umidificador por uma hora antes que a bateria fique descarregada, terá que ter uma capacidade de 26 amperes-hora. Durante duas horas, sua capacidade precisa ser de 52 ampères-hora; por 3 horas, 78 amperes e assim por diante.

Além disso, as capacidades da bateria são geralmente especificadas com a variável de tempo com base na corrente tomada em C / 10 ou C / 20, onde C é a capacidade da bateria em ampères-hora. Tomar corrente a uma taxa superior à que incorre em uma penalidade de tempo de execução, cerca de -10% em C, para chumbo-ácido, se bem me lembro.

De qualquer forma, examine as folhas de dados dos fabricantes de baterias por algo mais definitivo e, a propósito, baterias de descarga profunda - se você usar ácido de chumbo - provavelmente são o que você deveria procurar.

Por curiosidade e, certamente, sem querer ser ofensivo, como você consegue postar aqui se você é tetraplégico?

Se você estiver interessado em explorar outras soluções de bricolage, considere um nebulizador em vez do umidificador que está usando agora:

Temos usado o nebulizador em viagens longas com água salina ou água estéril. O nebulizador não usa tanta eletricidade e é menor. Temos um inversor Die Hard Power que se conecta ao isqueiro do carro e conectamos o nebulizador nele e o executamos como mencionei com água salina ou água estéril. Isso pode funcionar para você. ( fonte )

Se for importante que o ar umidificado seja aquecido, isso não atenderá às suas necessidades, mas se você puder usar água à temperatura ambiente atomizada no ar do ventilador, poderá funcionar muito bem e reduzirá significativamente o uso de energia. Você precisaria manter a linha aquecida ou adicionar uma armadilha de água. Se você continuar trabalhando nisso, poderá controlar o nebulizador, para que ele apenas adicione água ao inspirar e desligue ao expirar. Isso reduziria a condensação e o desperdício de água, além de preservar energia. Você pode encontrar um nebulizador que se adapte ao seu tubo como está, tornando fácil e barato tentar. Existem vários nebulizadores ultrassônicos portáteis, operados a bateria, que são razoavelmente baratos e podem ser testados.

Outro recurso a ser verificado são as máquinas de CPAP. Existem alguns com umidificadores acopláveis ​​que possuem uma fonte de alimentação CC. Basta comprar o acessório do umidificador, depois olhar para a fonte de alimentação e criar uma bateria e um regulador que forneçam a mesma energia CC. Isso seria mais fácil de alimentar com baterias. Como o nebulizador, provavelmente existem algumas vantagens, mas provavelmente vale a pena conferir.

Gostaria de saber se seria melhor ter uma ponta de atomizador ou vaporizador ultrassônico logo na entrada da traqueotomia com energia e um pequeno tubo de suprimento de água subindo pelo tubo de ar. Com o tempo adequado, uma explosão de umidade iria a cada inspiração, sem gerar nada para a expiração. Talvez um pequeno aquecedor, se a água precisasse ser quente.

Gás natural = 13.900 Wh / kg

Bateria de lítio = 180 Whr / kg

Um umidificador é uma unidade de aquecimento. As baterias não são a maneira mais eficiente de transportar energia para aquecer a água. O gás natural é muuuuch mais eficiente. Talvez existam unidades de umidificador usando gás disponível.

Além disso, hoje em dia, eles usam vibrações para umidificar a água, a produção de vapor de água na atmosfera pode talvez ser adaptada como umidificador de pulmão, eles consomem cerca de 10 watts.

Você já tem várias respostas excelentes aqui. Várias pessoas já calcularam os requisitos de energia por hora para o seu umidificador. Foram apresentadas as opções de chumbo-ácido e muito mais leve de lítio (bateria de bicicleta elétrica). O inversor é uma obrigação para elevar a tensão da bateria até 120 e para AC. Infelizmente, um inversor eficiente será grande, um tanto caro, causará uma perda de pelo menos 15% de energia, será volumoso, acrescentará cabos elétricos e ocupará espaço.

Gostaria de encorajá-lo a investigar se alguma empresa faz um umidificador de 12 volts. Talvez o exército os use no campo onde não há eletricidade e apenas baterias? Agora, a maioria dos aparelhos domésticos pode ser comprada em uma forma de 12 volts DC, por que não um umidificador? Se não existir, você poderá convencer uma empresa que constrói umidificadores a criar uma versão de 12 volts DC. Certamente existem muitas outras pessoas que procuram independência.

Apenas um pensamento para facilitar seu projeto.

Boa sorte.

Sua unidade leva cerca de 180W no 'modo fio aquecido' e cerca de 120W sem. Acrescente a sobrecarga de um inversor de rede comum, digamos 80% de eficiência, que se torna 225W no modo aquecido. Isso está na faixa de capacidade das baterias de bicicleta elétrica, por exemplo, aqui está uma bateria de 360Wh por GBP200 . Assim, cada bateria de bicicleta elétrica de 5Kg leva cerca de 1,5 horas, o que diminui à medida que as baterias envelhecem.

O problema passa a ser o gerenciamento da (s) bateria (s) - certificando-se de que elas carreguem corretamente, alimentando o inversor adequadamente, se você tiver várias baterias quando alternar entre elas, como detectar que estão ficando fracas, etc. As soluções de gerenciamento de baterias bicicletas elétricas e outros equipamentos podem ajudar aqui.

No entanto, um problema maior é o da confiabilidade. Se a bateria do seu laptop acabar, basta desligá-lo. Se a bateria do seu ventilador acabar, isso é potencialmente fatal. Projetar um sistema para lidar com isso (backups, falhas de segurança e assim por diante) aumentará consideravelmente o custo e o peso. A venda de um dispositivo desse tipo, ou mesmo a doação de um deles, também precisaria da aprovação do FDA ou autoridade reguladora equivalente - mais tempo e despesas. Eles querem ter certeza de que o sistema não matará pessoas, e com razão.

Então, você pode pedir a um amigo para ajudá-lo e pode se safar, concordando em se arriscar. Mas realmente depende de quanto tempo você pode lidar sem energia - se a resposta for 'muito pequena', eu não gostaria de arriscar.

Você pode prolongar a vida útil da bateria reduzindo as perdas no sistema.

Uma perda que você mencionou é a condensação na tubulação neutralizada por um fio aquecido. Esse calor escapará através das paredes da tubulação e será perdido. Se você adicionar isolamento ao tubo, o fio não precisará de tanta energia.

O outro que vejo é a condensação nas paredes do próprio umidificador e o aviso "superfícies quentes. Isso permitirá que o calor escape; novamente o isolamento ajudará. Embora possa criar um risco de incêndio se o calor estiver preso no lugar errado. Cuidado!

Apenas para expor uma teoria teórica bastante extrema ... (isso não faria muito sentido, a menos que você quisesse uma solução total, incluindo alimentar uma cadeira de rodas - o umidificador de ar em si poderia ser feito muito mais facilmente com baterias de lítio, se você aumentar a voltagem , mas seria relativamente ineficiente [o que não é realmente um grande problema, apenas meio que "é ruim" de fazer])

É possível que você possa adquirir baterias LiFePO4 da China como uma solução portátil de longo prazo. Você pode usar 77 baterias LiFePO4 de 3,2V a 100Ah cada e encontrar um método de regulação para saída média de 230V (ao testar baterias LiFePO4 LR6, parece que os fabricantes tendem a chamar ~ 3V o ponto de corte ao anunciar Ah). Você não deve executá-los abaixo de 3V (apenas porque a tensão sob carga cai de um penhasco nesse ponto), mas também lembre-se de que os LiFePO4s começam com um rápido "aumento" a uma tensão significativamente acima da especificação (~ 3.9V) - isso provavelmente arruinaria o que quer que esteja tirando o poder dele, por isso realmente precisa ser regulado.

Enfim - assumindo 300Wh por bateria, isso chegaria a 23,1KWh. Supondo que a unidade consuma 35W em média, isso forneceria a você ~ 3 semanas de energia (fatorando a autodescarga). Se ele também alimentasse os degraus da cadeira de rodas (apresentando uma estimativa aproximada com informações incompletas, aqui) e assumindo que você está em movimento (a uma velocidade de caminhada [~ 3,7 mph] em terreno bastante plano) ~ 10% do ciclo de 24 horas, adicione ~ 12,5Wh aos 35Wh do umidificador para um tempo estimado de execução de ~ uma semana e meia.

-Mas, vamos supor que você esteja em algum tipo de viagem semelhante a uma caminhada (tendo em mente que esse tipo de bateria é relativamente bom com calor e luz solar normais do exterior) e você está se movendo 60% do tempo terreno em velocidade de caminhada para um consumo médio por hora de 240Wh (275 após a umidificação). Tempo estimado de execução seria um pouco mais de três dias completos, permitindo uma viagem de fim de semana decente.

Eu estimaria o custo das baterias em cerca de US $ 7.700 (essa não é uma estimativa conservadora e pressupõe que você obtenha um acordo bastante sólido). Você precisaria de um regulador (~ US $ 100), estrutura / fiação do banco (~ US $ 500) e método de cobrança (~ US $ 500-5000). Você provavelmente também precisaria de algum tipo de método de elevação ou deslizamento para remover o banco para carregar (alternativamente, uma estrutura de carregamento pode caber sobre as baterias, mas você precisará sair da cadeira de rodas). Com o trabalho de alguém (~ 25-75h), eu acho que esse projeto chegaria a ~ $ 11k. No entanto, você pode reduzir pela metade o número de baterias e operar a 115V, o que reduziria praticamente todos os custos pela metade (já que o banco de baterias chegaria um pouco mais de algumas centenas de libras se o tamanho fosse reduzido pela metade, talvez seja possível apenas precisar de algumas pessoas para movê-lo manualmente, assumindo bons pontos de aderência), onde você só precisa diminuir o tempo de execução originalmente fornecido em ~ 55%. O projeto seria tolo se ele não usasse uma cadeira de rodas elétrica - mas você ganha significativamente em eficiência por não precisar aumentar a voltagem. Este banco serámaciço , como 2 a 4 baterias elétricas de forquilha (mas o banco não precisa necessariamente ser um bloco sólido, pois você possui efetivamente 77 "módulos") e pesa ~ 500 libras (apesar de assumir que a carga está bem centrada e segura, você pode provavelmente ficará um pouco mais louco dirigindo em superfícies angulares - a menos que seja escorregadio, onde uma capotagem pode ser definitivamente letal). Dependendo quase inteiramente de como o carregador é montado, você deve conseguir 1500-4000 ciclos de carga / descarga desse banco antes de cair abaixo de 80% da capacidade original (acredito que uma solução LiFePO4 duraria mais de 15 anos antes de perceber) ele não carrega tanta carga e provavelmente duraria uma vida se você estiver disposto a suportar a necessidade de cobrá-lo toda semana, mais ou menos).

Notas adicionais: Como a descarga por célula será extremamente baixa (considerando que a carga será dividida entre um número relativamente grande de células), é provável que os tempos de execução sejam aproximadamente 10 a 20% subestimados (você deve conseguir mais de 100 Ah por bateria). Eles devem ser relativamente frios e não tendem a explodir. Você também não precisa se preocupar muito com a manutenção. Eu não levei em consideração o peso do banco na estimativa do empate em cadeira de rodas, e tenho apenas uma fraca idéia do que uma cadeira de poder desenha (e especialmente fraca ao pensar no que o seu dispositivo misterioso desenha) e nem sequer saber se a cadeira de rodas está classificada para o peso adicional. É possível que sejam feitos melhores compromissos para reduzir o tamanho do banco ao custo do tempo de execução - isso seria uma discussão a ter com alguém que não acontece de ter alguns minutos grátis sem o conhecimento adequado e não está apenas procurando uma distração. : P

Tudo de bom - parece um projeto divertido. Você pode encontrar um profissional local disposto a assumir o projeto apenas pela experiência.

ETA: Um regulador bem projetado seria capaz de cortar a energia de tudo, menos o umidificador, uma vez que a tensão média por bateria cai abaixo de 3V. Idealmente, ele mudaria para 115V e voltagem baixa, permitindo que você retirasse totalmente as baterias (o LiFePO4 não é muito exigente quanto a descargas profundas, como, por exemplo, um ácido de chumbo, mas a saída de voltagem cai uma vez abaixo de 3V, é necessário mudar para 115V). Eu acho que isso lhe daria dias de tempo de execução adicionais no umidificador em caso de emergência. Um carregador complexo (pesado, grande, caro) dentro da cadeira pode permitir soluções solares ou simplesmente conectar-se à parede, mas acho que os custos superam os benefícios.

A resposta para sua pergunta é sim , você pode alimentar o umidificador com uma bateria. Tudo o que você precisa é de um inversor que tome a tensão da bateria e a converta na tensão (e corrente) exigida pelo umidificador.
Usando as especificações fornecidas, você precisa (no mínimo) de uma saída de 120v, 2A (240W) ; Inversor de entrada de 12v 20A ; e uma bateria marinha de "descarga profunda" de 12v, 400CCA.

A bateria e o inversor podem ser montados em um pequeno trailer (qualquer coisa com rodas) para que possam ser facilmente acoplados e rebocados pela cadeira. Para simplificar, recomendo duplicar isso para que uma unidade esteja carregando enquanto a outra estiver sendo usada. Boa sorte!

Você pode considerar usar uma bateria menor com recarga contínua por meio de uma célula de combustível. Veja: http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell

Alguns problemas das células de combustível são: (1) geração de calor ... células de combustível mais eficientes tendem a funcionar a temperaturas mais altas e (2) consumo de oxigênio.

Uma célula de combustível pode ser executada em cartuchos substituíveis de propano ou gás natural, resultando em vapor de água como subproduto. Isso consumiria oxigênio e, portanto, você não gostaria de usá-lo em um espaço confinado. As células de combustível não possuem os subprodutos nocivos dos quais se deve desconfiar dos geradores tradicionais de queima de combustível.

Infelizmente, não sei onde encontrar uma célula de combustível adequada. Em termos de baterias, eu começaria investigando baterias seladas usadas para a aviação. A qualidade e a variedade de ambientes usados ​​para baterias de aeronaves modernas de médio e grande porte são muito altas.

Se você pode tolerar ter um equipamento ao ar livre que forneça um cabo de alimentação, haverá uma solução muito mais barata. Um motor de cortador de grama que dirige um alternador de carro é muito mais barato que o inversor e as baterias. Como a gasolina é de 9700wh / litro; o sistema total para fornecer 12 volts também é muito menor. Mesmo considerando as perdas de eficiência; um motor de cortador de grama de 5 hp poderia operar o equipamento e carregar as baterias ao mesmo tempo, para que pudesse ser arranjado para operar um "queimador de gás" que gera exaustão intermitentemente.