Termoelektrični rotacijski ukras: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Pozadina:

Ovo je još jedan termoelektrični eksperiment/ukras u kojem se cijela konstrukcija (svijeća, vruća strana, modul i hladna strana) rotira i zagrijava i hladi sa savršenim balansom između izlazne snage modula, okretnog momenta motora i broja okretaja u minuti, učinkovitosti svijeće, prijenosa topline, učinkovitost hlađenja, protok zraka i trenje. Ovdje se događa mnogo fizike, ali s vrlo jednostavnom konstrukcijom. Nadam se da ćete uživati u ovom projektu!

Za konačni rezultat pogledajte videozapise: Video YouTube 1 Video YouTube 2 Video YouTube 3

Neki drugi moji termoelektrični projekti mogu se pronaći ovdje:

Termoelektrični ventilator Punjač za pametne telefone Hitna LED lampica Koncept:

Srce konstrukcije, termoelektrični modul, naziva se i peltierov element, a kad ga koristite kao generator naziva se Seebeckov efekt. Ima jednu vruću stranu i jednu hladnu. Modul generira snagu za pogon motora čija je osovina pričvršćena na bazu. Sve će se okrenuti i protok zraka će hladiti gornji hladnjak brže od aluminijske ploče ispod. Veća razlika temperature => povećana izlazna snaga => povećan broj okretaja motora => povećan protok zraka => povećana razlika u temperaturi, ali smanjena snaga svijeće. Budući da svijeća također slijedi rotaciju, toplina će biti manje učinkovita s povećanom brzinom, a to će uravnotežiti broj okretaja do lijepe spore rotacije. Ne može ići prebrzo da ugasi samu vatru i ne može se zaustaviti dok svijeći ne ponestane goriva.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Proizlaziti:

Moj je prvotni plan bio imati stacionarne svijeće (vidi video), ali otkrio sam da je ova konstrukcija naprednija i zabavnija. Mogli biste ovo pokrenuti sa stacionarnim svijećama, ali trebat će vam 4 od njih ako ne koristite dva modula ili veće aluminijsko grijaće područje.

Brzina je između 0,25 i 1 okretaja u sekundi. Ne presporo i ne prebrzo. Nikada neće prestati i vatra će gorjeti sve dok svijeća ne isprazni. Hladnjak će s vremenom biti prilično vruć. Za to sam koristio visokotemperaturni TEG modul i ne mogu obećati da će jeftiniji TEC (peltier modul) uspjeti. Imajte na umu da ako temperatura pređe specifikaciju modula, bit će oštećena! Ne znam kako izmjeriti temperaturu, ali ne mogu je dodirnuti prstima pa pretpostavljam da je negdje između 50-100C (na hladnoj strani).

Korak 1: Materijali i alati

Materijali:

• Aluminijska ploča: 140x45x5mm
• Plastična šipka: 60x8 mm [od žaluzine]
• Elektromotor: Tamiya 76005 Solarni motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Termoelektrični modul (visoka temperatura TEG): TEP1-1264-1,5 [iz mog drugog projekta, vidi dolje]
• Hladnjak: Aluminij 42x42x30 mm (jednosmjerni zračni kanali) [sa starog računala]
• 2x vijci + 4 podloške za motor: 10x2,5 mm (nisam siguran u vezi s navojem)
• 2x čavli za pričvršćivanje hladnjaka: 2x14 mm (izrezano)
• 2x opruge za pričvršćivanje hladnjaka
• Protuteža: vijak M10+2 matice+2 podloške+magnet za fino podešavanje
• Termalna pasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max temp) [conrad.com]
• Čelična žica: 0,5 mm
• Drvo (breza) (konačna baza je 90x45x25mm)

TEG specifikacije:

Kupio sam TEP1-1264-1.5 na https://termo-gen.com/ Testirano na 230ºC (vruća strana) i 50ºC (hladna strana) sa:

Uoc: 8.7V Ri: 3Ω U (opterećenje): 4.2V I (opterećenje): 1.4A P (šibica): 5.9W Toplina: 8.8W/cm2 Veličina: 40x40mm

Alati:

• Bušilice: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 i 8,5 mm
• Pila za metal
• Turpija (metal+drvo)
• Žičana četka
• Čelična vuna
• Odvijač
• Brusni papir
• (Lemilica)

Korak 2: Konstrukcija (ploča)

Za sva mjerenja pogledajte crteže.

1. Nacrtajte na aluminijskoj ploči ili upotrijebite predložak.
2. Pomoću nožne pile izrežite komad.
3. Upotrijebite datoteku za fino podešavanje
4. Izbušite dvije rupe od 2,5 mm za motor (između 22 mm) plus rupu od 6 mm za središte motora
5. Izbušite dvije rupe od 2 mm gdje će biti čavli (za pričvršćivanje hladnjaka)
6. Izbušite jednu rupu od 8,5 mm za protutežu (s navojem kao M10)
7. Površine završite žičanom četkom i vunom

Korak 3: Izgradnja (baza)

Koristio sam rez na pola drva za ogrjev.

1. Prije rezanja upotrijebite turpiju i brusni papir (lakše popraviti)
2. Izbušite rupu od 8 mm u gornjem vrhu za šipku (dubina 20 mm, ne do kraja)
3. Izrežite komad duljine 90 mm
4. Završite površinu
5. Za lijepu boju površine upotrijebite mrlju od ulja ili drva (nakon svih fotografija nanijela sam mrlju od tamnog drveta radi boljeg izgleda)

Korak 4: Konstrukcija (vješalica za svijeće)

Ovo je najteži dio, pretpostavljam. Možda bi bilo lakše ako to učinite na kraju kad sve završi i radi. Upotrijebio sam tanku žicu za savijanje pomoću samo dva komada. Bilo je teško fotografirati sve kutove. Ovaj će dio držati svijeću ispod termoelektričnog modula na udaljenosti tako da plamen ne dodiruje aluminijsku ploču.

1. Savijte dva identična dijela tako da odgovaraju svijeći
2. Zalijepite dva dijela zajedno

Korak 5: Sastavite (motor)

1. Koristite po jednu podlošku sa svake strane ploče
2. Provjerite jesu li vijci ispravne duljine (predugački će oštetiti motor)
3. Zavijte motor

Podloške će malo odvojiti motor od ploče i paziti da se kasnije ne pregrije.

Korak 6: Sastavite (TEG modul)

Kritični je dio korištenje termalne paste kako bi se postigao dobar prijenos topline između dijelova. Koristio sam termalnu pastu s visokom temperaturom (200 ° C), ali bi "mogla" funkcionirati s uobičajenom termalnom pastom za CPU. Obično mogu izdržati između 100-150C.

1. Provjerite jesu li površine ploče, modula i hladnjaka čiste od prljavštine (mora dobro doći u dodir)
2. Nanesite toplinsku pastu na "vruću stranu" modula
3. Priključite vruću stranu modula na ploču
4. Nanesite toplinsku pastu na "hladnu stranu" modula
5. Pričvrstite hladnjak na vrh modula
6. Pričvrstite opruge kako biste hladnjak držali mirno (visoki tlak rezultira boljim prijenosom topline)

Korak 7: Sastavite (šipka i osnovna ploča)

1. Izbušite rupu od 1,5 mm u šipci (dubina 3 mm)
2. Osovinu motora pričvrstite na šipku
3. Pričvrstite šipku na osnovno drvo

Korak 8: Sastavite (motor, vješalicu za svijeće i protutežu)

1. Priključite kabele modula na motor (lemilica je dobra)
2. Vješalicu za svijeće pričvrstite na iste čavle na koje su pričvršćene opruge hladnjaka
3. Stavite svijeću u vješalicu
4. Montirajte protutežu i nagnite konstrukciju kako biste bili sigurni da imate pravu ravnotežu

Korak 9: Završni

Imajte na umu da toplina svijeće može oštetiti vaš modul ako specifikacija ima nisku maksimalnu temperaturu. Čak će i hladna strana biti prilično vruća! Još jedan korak koji biste možda htjeli učiniti je pripremiti hladnjak električnom trakom i napuniti ga vodom. To osigurava da hladna strana nikada neće doseći preko 100C! Moj planB je bio to učiniti, ali mi to nije trebalo.

1. Upalio svijeću (odvojeno)
2. Stavite svijeću
3. Pričekajte 10 sekundi i pokušajte mu pomoći da se pokrene prije nego što se hladna strana pregrije
4. Uživati!

Glavna formula: Energija = Energija+zabava

Detaljna formula: RPM = mF (tegP) -A*(RPM^2)

RPM = "okretaji motora u minuti" mF () = "formula karakteristika motora" tegP = "snaga modula" A = "otpor zraka + konstanta trenja motora"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "formula karakteristika termoelektričnog modula" Tdiff = "razlika u temperaturi"

Tdiff = sudoper (RPM) -požar (RPM) sink () = "formula karakteristika hladnjaka na temelju brzine zraka" požar () = "formula učinkovitosti požara svijeće na temelju brzine zraka"

Konačno: RPM = mF (mod (sudoper (RPM) -požar (RPM)))-A*(RPM^2) Alternativna rješenja (slobodno dajte prijedloge):

1. Dva modula i hladnjaci (simetrično) sa svake strane motora za veću snagu

   Spojite module paralelno ili serijski s motorom (jači u odnosu na brži)

2. Koristite stacionarne svijeće na tlu ili pričvršćene u podnožju

   • Morao sam koristiti 4 svijeće kako bih dobio dovoljnu snagu
   • Vidi vid