Ornament rotatiu termoelèctric: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Antecedents:

Aquest és un altre experiment / ornament termoelèctric en què tota la construcció (espelma, costat calent, mòdul i costat fred) gira i s’escalfa i es refreda amb un equilibri perfecte entre la potència de sortida del mòdul, el parell del motor i les rpm, l’eficiència de les espelmes, la transferència de calor, eficiència de refrigeració, flux d'aire i fricció. Aquí hi ha molta física, però amb una construcció molt senzilla. Espero que gaudiu d’aquest projecte!

Vegeu els vídeos del resultat final: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Alguns altres dels meus projectes termoelèctrics es poden trobar aquí:

Ventilador termoelèctric Carregador de telèfon intel·ligent LED d’emergència Concepte:

El nucli de la construcció, el mòdul termoelèctric, també s’anomena un element més peltier i quan l’utilitzeu com a generador s’anomena efecte seebeck. Té un costat calent i un altre de fred. El mòdul genera energia per accionar un motor que té un eix unit a la base. Tot girarà i el flux d’aire refredarà el dissipador de calor superior més ràpidament que la placa d’alumini inferior. Major diferència de temperatura => augment de la potència de sortida => augment del RPM del motor => augment del flux d’aire => augment de la diferència de temperatura, però disminució de la potència de les espelmes. Com que l’espelma també segueix la rotació, la calor serà menys eficient amb una velocitat augmentada i això equilibrarà la RPM a una bona rotació lenta. No pot anar massa ràpid per apagar el foc i no pot parar fins que la vela es queda sense combustible.

ca.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultat:

El meu pla original era tenir espelmes fixes (vegeu el vídeo), però vaig trobar que aquesta construcció era més avançada i divertida. Podeu fer-ho amb espelmes estacionàries, però en necessitareu 4 si no feu servir dos mòduls o una zona de calor d'alumini més gran.

La velocitat oscil·la entre 0,25 i 1 revolució per segon. Ni massa lent ni massa ràpid. Mai s’aturarà i el foc cremarà fins que l’espelma s’esgoti. El dissipador de calor farà força calor amb el pas del temps. Vaig fer servir un mòdul TEG d’alta temperatura i no puc prometre que el farà un TEC (mòdul peltier) més barat. Tingueu en compte que si la temperatura supera les especificacions del mòdul, es deteriorarà. No sé mesurar la temperatura, però no la puc tocar amb els dits, així que suposo que es troba entre els 50-100C (a la part freda).

Pas 1: materials i eines

Materials:

• Placa d'alumini: 140x45x5mm
• Vareta de plàstic: 60x8mm [d'una persiana veneciana]
• Motor elèctric: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Mòdul termoelèctric (temperatura alta TEG): TEP1-1264-1.5 [del meu altre projecte, veure més avall]
• Dissipador de calor: alumini 42x42x30mm (canals d'aire unidireccionals) [d'un ordinador antic]
• 2 cargols + 4 volanderes per al motor: 10x2,5 mm (no estic segur de la rosca)
• 2x claus per a fixació de dissipador de calor: 2x14mm (tallat)
• 2 molles per fixar el dissipador de calor
• Pes de contra: cargol M10 + 2 femelles + 2 volanderes + imant per ajustar bé
• Pasta tèrmica: KERATHERM KP92 (10 W / mK, temperatura màx. 200C) [conrad.com]
• Fil d’acer: 0,5 mm
• Fusta (bedoll) (la base final és de 90x45x25mm)

Especificació TEG:

Vaig comprar el TEP1-1264-1.5 a https://termo-gen.com/ Provat a 230ºC (costat calent) i 50ºC (costat fred) amb:

Uoc: 8,7V Ri: 3Ω U (càrrega): 4,2V I (càrrega): 1,4A P (coincidència): 5,9W Calor: 8,8W / cm2 Mida: 40x40mm

Eines:

• Trepants: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 i 8,5 mm
• Serra mecànica
• Llima (metall + fusta)
• Raspall de filferro
• Llana d'acer
• Tornavís
• Paper abrasiu
• (Soldador)

Pas 2: construcció (placa)

Consulteu els dibuixos de totes les mesures.

1. Dibuixa sobre la placa d'alumini o fes servir una plantilla.
2. Utilitzeu la serra per tallar la peça.
3. Utilitzeu el fitxer per ajustar-lo bé
4. Practicar dos forats de 2,5 mm per al motor (22 mm entre) més 6 forats per al centre del motor
5. Practicar dos forats de 2 mm on hi haurà les ungles (per fixar el dissipador de calor)
6. Practicar un forat de 8,5 mm per al contrapès (s’enfilarà com M10)
7. Acabeu les superfícies amb un raspall de filferro i llana

Pas 3: construcció (base)

He utilitzat un tall de llenya a mig foc.

1. Feu servir fitxers i paper abrasiu abans de tallar-lo (més fàcil de fixar)
2. Practicar un forat de 8 mm al centre superior de la vareta (20 mm de profunditat, no tot el recorregut)
3. Talleu la peça a 90 mm de longitud
4. Acabeu la superfície
5. Utilitzeu taques d’oli o de fusta per obtenir un bon color superficial (he aplicat una taca de fusta fosca després de totes les fotografies per obtenir un aspecte millor)

Pas 4: construcció (penjador d'espelmes)

Aquesta és la part més complicada, suposo. Potser és més fàcil si ho feu al final quan tot està acabat i funciona. Vaig fer servir un fil prim per doblar-lo fent servir només dues peces. Era difícil fotografiar tots els angles. Aquesta part mantindrà l'espelma sota el mòdul termoelèctric a distància perquè la flama no toqui la placa d'alumini.

1. Doblegueu dues parts idèntiques perquè s’adapti a l’espelma
2. Enganxeu les dues parts juntes

Pas 5: Muntatge (motor)

1. Utilitzeu una rentadora a cada costat de la placa
2. Assegureu-vos que els cargols tinguin una longitud correcta (per molt de temps es danyarà el motor)
3. Cargoleu el motor

Les volanderes separaran una mica el motor de la placa i s’asseguraran que no s’escalfi més endavant.

Pas 6: Muntatge (mòdul TEG)

És una part fonamental per utilitzar la pasta tèrmica per aconseguir una bona transferència de calor entre les parts. He utilitzat pasta tèrmica a alta temperatura (200 ° C), però "podria" funcionar amb pasta tèrmica normal de la CPU. Normalment poden trigar entre 100-150C.

1. Assegureu-vos que les superfícies de la placa, el mòdul i el dissipador de calor i que estiguin netes de brutícia (han de tenir un bon contacte)
2. Apliqueu pasta tèrmica al "costat calent" del mòdul
3. Connecteu el costat calent del mòdul a la placa
4. Apliqueu pasta tèrmica al "costat fred" del mòdul
5. Connecteu el dissipador de calor a la part superior del mòdul
6. Col·loqueu molles per mantenir el dissipador de calor constant (la pressió alta resulta en una millor transferència de calor)

Pas 7: Muntatge (vareta i placa base)

1. Traieu un forat de 1,5 mm a la vareta (3 mm de profunditat)
2. Connecteu l'eix del motor a la vareta
3. Fixeu la vareta a la fusta base

Pas 8: Muntatge (motor, penjador d'espelmes i contrapès)

1. Connecteu els cables del mòdul al motor (el soldador és bo)
2. Col·loqueu el penjador a les mateixes ungles a les quals s’uneixen les molles del dissipador de calor
3. Col·loqueu una espelma al penjador
4. Munteu el contrapès i inclineu la construcció per assegurar-vos que teniu un equilibri adequat

Pas 9: final

Tingueu en compte que la calor de l’espelma pot danyar el mòdul si l’especificació té una temperatura màxima baixa. Fins i tot el costat fred farà força calor! Un altre pas que podeu fer és preparar el dissipador de calor amb cinta elèctrica i omplir-lo d’aigua. Que assegureu-vos que el costat fred mai no superarà els 100 ° C! El meu pla B era fer això, però no ho necessitava.

1. Encès l'espelma (separada)
2. Col·loqueu l’espelma
3. Espereu 10 segons i potser intenteu ajudar-lo a girar per començar-lo abans que el costat fred es sobreescalfi
4. Gaudeix-ne!

Fórmula principal: Energia = Energia + diversió

Fórmula detallada: RPM = mF (tegP) -A * (RPM ^ 2)

RPM = "revolucions del motor per minut" mF () = "fórmula de característiques del motor" tegP = "potència del mòdul" A = "resistència de l'aire + constant de fricció del motor"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "fórmula de característiques del mòdul termoelèctric" Tdiff = "diferència temporal"

Tdiff = lavabo (RPM) -fire (RPM) lavabo () = "fórmula de característiques del dissipador de calor basada en la velocitat de l'aire" fire () = "fórmula d'eficiència del foc de les espelmes basada en la velocitat de l'aire"

Finalment: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM))) - A * (RPM ^ 2) Solucions alternatives (no dubteu a fer suggeriments):

1. Dos mòduls i dissipadors de calor (simètricament) a cada costat del motor per obtenir més potència

   Connecteu els mòduls en paral·lel o en sèrie amb el motor (més fort vs. més ràpid)

2. Utilitzeu espelmes estacionàries a terra o fixades a la base

   • Vaig haver d’utilitzar 4 espelmes per obtenir prou energia
   • Veure vid