Termoelektrični rotacijski ukras: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

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, obrtnog momenta motora i broja okretaja u minuti, efikasnosti svijeće, prijenosa topline, efikasnost hlađenja, protok vazduha i trenje. Ovdje se događa mnogo fizike, ali s vrlo jednostavnom konstrukcijom. Nadam se da ćete uživati u ovom projektu!

Za konačan rezultat pogledajte video zapise: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Neki drugi moji termoelektrični projekti mogu se pronaći ovdje:

Termoelektrični ventilator Punjač za pametne telefoneSrednja LED lampicaKoncept:

Srce konstrukcije, termoelektrični modul, naziva se i peltier element, a kada ga koristite kao generator, to se naziva Seebeck efekt. Ima jednu vruću stranu i jednu hladnu. Modul generira snagu za pogon motora čija je osovina pričvršćena za bazu. Sve će se okrenuti i protok zraka će hladiti gornji hladnjak brže od aluminijske ploče ispod. Veća temperaturna razlika => povećana izlazna snaga => povećan broj okretaja motora => povećan protok zraka => povećana temperaturna razlika, ali smanjena snaga svijeće. Kako svijeća također slijedi rotaciju, zagrijavanje će biti manje efikasno s povećanom brzinom, a to će uravnotežiti broj okretaja na lijepu laganu rotaciju. Ne može ići prebrzo da ugasi samu vatru i ne može se zaustaviti dok svijeća ne ostane bez goriva.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Rezultat:

Moj prvotni plan je bio imati stacionarne svijeće (pogledajte video), ali otkrio sam da je ova konstrukcija naprednija i zabavnija. Ovo možete pokrenuti sa stacionarnim svijećama, ali trebat će vam 4 od njih ako ne koristite dva modula ili veću aluminijsku grijaću površinu.

Brzina je između 0,25 i 1 okretaja u sekundi. Ne presporo i ne prebrzo. Nikada neće prestati i vatra će gorjeti sveć dok se svijeća ne isprazni. Hladnjak će se vremenom prilično zagrijati. 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:

• Aluminijumska ploča: 140x45x5mm
• Plastična šipka: 60x8 mm [od venecijanera]
• Električni motor: 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: Aluminijum 42x42x30mm (jednosmjerni zračni kanali) [sa starog računara]
• 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 (uklapanje): 5.9W Toplina: 8.8W/cm2 Veličina: 40x40mm

Alati:

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

Korak 2: Konstrukcija (ploča)

Za sva mjerenja pogledajte crteže.

1. Nacrtajte na aluminijskoj ploči ili upotrijebite predložak.
2. Izrežite komad pomoću nožne pile.
3. Upotrijebite datoteku za fino podešavanje
4. Izbušite dve rupe od 2,5 mm za motor (između 22 mm) plus rupu od 6 mm za centar motora
5. Izbušite dve rupe od 2 mm gde će biti ekseri (za pričvršćivanje hladnjaka)
6. Izbušite jednu rupu od 8,5 mm za protivtežu (sa navojem kao M10)
7. Površine završite žičanom četkom i vunom

Korak 3: Konstrukcija (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 na 90 mm dužine
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 uglove. Ovaj dio će držati svijeću ispod termoelektričnog modula na udaljenosti tako da plamen ne dodiruje aluminijumsku 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. Uvjerite se da su vijci odgovarajuće dužine (predugački će oštetiti motor)
3. Zašrafite motor

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

Korak 6: Sastavite (TEG modul)

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

1. Uvjerite se da su površine ploče, modula i hladnjaka čiste od prljavštine (mora biti u dobrom kontaktu)
2. Nanesite termalnu 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 pritisak rezultira boljim prijenosom topline)

Korak 7: Sastavite (šipka i osnovna ploča)

1. Izbušite rupu od 1,5 mm u šipki (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 kablove modula na motor (lemilica je dobra)
2. Pričvrstite vješalicu za svijeće 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 plan je bio da ovo uradim, ali mi to nije trebalo.

1. Zapalite svijeću (odvojeno)
2. Stavite sveću
3. Pričekajte 10 sekundi i možda pokušajte pomoći da se zavrti prije nego što se hladna strana pregrije
4. Uživajte!

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 zasnovana na brzini zraka" požar () = "formula efikasnosti paljenja svijeće zasnovana na brzini zraka"

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

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

   Povežite module paralelno ili serijski s motorom (jači naspram brži)

2. Koristite stacionarne svijeće na tlu ili pričvršćene u podnožju

   • Morao sam koristiti 4 svijeće da dobijem dovoljnu snagu
   • Vidi vid