Thermo-elektrisch roterend ornament - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Achtergrond:

Dit is een ander thermo-elektrisch experiment/ornament waarbij de hele constructie (kaars, warme kant, module en koele kant) roteert en zowel zichzelf verwarmt als koelt met een perfecte balans tussen module-uitgangsvermogen, motorkoppel en toerental, kaarsefficiëntie, warmteoverdracht, koelefficiëntie, luchtstroom en wrijving. Er wordt hier veel natuurkunde gedaan, maar met een heel eenvoudige constructie. Ik hoop dat je geniet van dit project!

Zie video's voor eindresultaat:Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Enkele andere van mijn thermo-elektrische projecten zijn hier te vinden:

Thermo-elektrische ventilatorSmartphone-oplader Nood-LEDConcept:

Het hart van de constructie, de thermo-elektrische module, wordt ook wel een peltier-element genoemd en als je het als generator gebruikt, wordt het seebeck-effect genoemd. Het heeft een warme kant en een koude. De module genereert stroom om een motor aan te drijven waarvan de as aan de basis is bevestigd. Alles zal draaien en de luchtstroom zal het bovenste koellichaam sneller afkoelen dan de aluminium plaat eronder. Hoger temperatuurverschil => verhoogd uitgangsvermogen => verhoogd motortoerental => verhoogde luchtstroom => groter temperatuurverschil maar verminderd kaarsvermogen. Omdat de kaars ook de rotatie volgt, zal de warmte minder efficiënt zijn bij hogere snelheid en dit zal de RPM in evenwicht brengen tot een mooie langzame rotatie. Het kan niet te snel gaan om het vuur zelf te doven en het kan niet stoppen totdat de kaars geen brandstof meer heeft.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultaat:

Mijn oorspronkelijke plan was om stationaire kaarsen te hebben (zie video), maar ik merkte dat deze constructie zowel geavanceerder als leuker was. Je zou dit kunnen doen met stationaire kaarsen, maar er zijn er 4 nodig als je geen twee modules of een groter aluminium warmteoppervlak gebruikt.

De snelheid ligt tussen 0,25 en 1 omwenteling per seconde. Niet te langzaam en niet te snel. Het zal nooit stoppen en het vuur zal branden totdat de kaars op is. Het koellichaam zal na verloop van tijd behoorlijk heet worden. Ik heb hiervoor een TEG-module voor hoge temperaturen gebruikt en ik kan niet beloven dat een goedkopere TEC (peltier-module) het zal halen. Houd er rekening mee dat als de temperatuur de specificatie van de module overschrijdt, deze zal worden beschadigd! Ik weet niet hoe ik de temperatuur moet meten, maar ik kan hem niet met mijn vingers aanraken, dus ik denk dat hij ergens tussen de 50-100C is (aan de koude kant).

Stap 1: Materialen en gereedschappen

Materialen:

• Aluminium plaat: 140x45x5mm
• Kunststof staaf: 60x8mm [van een jaloezie]
• Elektromotor: Tamiya 76005 Zonnemotor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Thermo-elektrische module (hoge temp TEG): TEP1-1264-1.5 [van mijn andere project, zie hieronder]
• Koellichaam: Aluminium 42x42x30mm (eenrichtingsluchtkanalen) [van een oude computer]
• 2x Schroeven + 4 ringen voor motor: 10x2.5mm (niet zeker van schroefdraad)
• 2x spijkers voor bevestiging koellichaam: 2x14mm (geknipt)
• 2x veren voor bevestiging koellichaam
• Contragewicht: M10 bout+2 moeren+2 ringen+magneet voor fijnafstelling
• Koelpasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max temp) [conrad.nl]
• Staaldraad: 0,5 mm
• Hout (berken) (eindvoet is 90x45x25mm)

TEG-specificatie:

Ik kocht de TEP1-1264-1.5 op https://termo-gen.com/ Getest bij 230ºC (hete kant) en 50ºC (koude kant) met:

Uoc: 8,7V Ri: 3Ω U (belasting): 4,2V I (belasting): 1,4A P (gelijk): 5,9W Warmte: 8,8W/cm2 Afmeting: 40x40mm

Gereedschap:

• Boren: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 en 8,5 mm
• Metaalzaag
• Vijl (metaal+hout)
• staalborstel
• Staal wol
• Schroevendraaier
• Schuurpapier
• (Soldeerbout)

Stap 2: constructie (plaat)

Zie tekeningen voor alle afmetingen.

1. Teken op de aluminium plaat of gebruik een sjabloon.
2. Gebruik een ijzerzaag om het stuk uit te snijden.
3. Gebruik bestand om fijn af te stellen
4. Boor twee gaten van 2,5 mm voor de motor (22 mm tussen) plus een gat van 6 mm voor het midden van de motor
5. Boor twee gaten van 2 mm waar de spijkers komen (voor bevestiging van het koellichaam)
6. Boor één gat van 8,5 mm voor contragewicht (wordt voorzien van schroefdraad als M10)
7. Werk de oppervlakken af met staalborstel en wol

Stap 3: constructie (basis)

Ik gebruikte een snede in half brandhout.

1. Gebruik vijl en schuurpapier voor het snijden (gemakkelijker te fixeren)
2. Boor een gat van 8 mm in het midden bovenaan voor de staaf (20 mm diepte, niet helemaal door)
3. Snijd het stuk op 90 mm lengte
4. Werk het oppervlak af
5. Gebruik olie of houtbeits voor een mooie oppervlaktekleur (ik heb donkere houtbeits aangebracht na alle foto's voor een betere uitstraling)

Stap 4: Constructie (kaarshanger)

Dit is het meest lastige deel denk ik. Misschien makkelijker als je dit aan het einde doet als alles klaar is en werkt. Ik gebruikte een dunne draad om het te buigen door slechts twee stukken te gebruiken. Het was moeilijk om alle hoeken te fotograferen. Dit onderdeel houdt de kaars onder de thermo-elektrische module op een afstand zodat de vlam de aluminium plaat niet raakt.

1. Buig twee identieke delen om in de kaars te passen
2. Lijm de twee delen aan elkaar

Stap 5: Monteer (motor)

1. Gebruik een ring aan elke kant van de plaat
2. Zorg ervoor dat de schroeven de juiste lengte hebben (te lang zal de motor beschadigen)
3. Schroef de motor

De ringen scheiden de motor een beetje van de plaat en zorgen ervoor dat deze later niet oververhit raakt.

Stap 6: Assembleer (TEG-module)

Het is een cruciaal onderdeel om koelpasta te gebruiken om een goede warmteoverdracht tussen de onderdelen te krijgen. Ik heb koelpasta voor hoge temperaturen (200C) gebruikt, maar het "zou" kunnen werken met gewone CPU-koelpasta. Ze kunnen meestal tussen 100-150C duren.

1. Zorg ervoor dat de oppervlakken van de plaat, module en koellichaam schoon zijn van vuil (moet goed contact maken)
2. Breng koelpasta aan op de "hete kant" van de module
3. Bevestig de hete kant van de module aan de plaat
4. Breng koelpasta aan op de "koude kant" van de module
5. Bevestig het koellichaam bovenop de module
6. Bevestig veren om het koellichaam stabiel te houden (hoge druk resulteert in een betere warmteoverdracht)

Stap 7: Assembleer (staaf en grondplaat)

1. Boor een gat van 1,5 mm in de staaf (3 mm diepte)
2. Bevestig de motoras aan de staaf
3. Bevestig de staaf aan het basishout

Stap 8: Assembleer (motor, kandelaar en contragewicht)

1. Modulekabels aan de motor bevestigen (soldeerbout is goed)
2. Bevestig de kandelaar aan dezelfde spijkers als waaraan de veren van het koellichaam zijn bevestigd
3. Plaats een kaars in de hanger
4. Monteer het contragewicht en kantel de constructie om ervoor te zorgen dat u de juiste balans hebt

Stap 9: Finale

Houd er rekening mee dat de hitte van de kaars uw module kan beschadigen als de specificatie een lage maximale temperatuur heeft. Zelfs de koude kant zal behoorlijk heet zijn! Een andere stap die u misschien wilt doen, is het koellichaam voorbereiden met isolatietape en deze met water vullen. Dat zorgt ervoor dat de koude kant nooit boven de 100C komt! Mijn planB was om dit te doen, maar ik had het niet nodig.

1. Steek de kaars aan (vrijstaand)
2. Plaats de kaars
3. Wacht 10 seconden en probeer hem misschien te helpen draaien om hem op gang te krijgen voordat de koude kant oververhit raakt
4. Genieten van!

Hoofdformule: Energie=Energie+plezier

Gedetailleerde formule: RPM=mF(tegP)-A*(RPM^2)

RPM="motoromwentelingen per minuut" mF()="motorkarakteristieken formule" tegP="modulevermogen" A="luchtweerstand + motorwrijvingsconstante"

tegP=mod(Tdiff) mod()="formule kenmerken thermo-elektrische module" Tdiff="temperatuurverschil"

Tdiff=sink(RPM)-fire(RPM) sink()="formule voor koellichaamkenmerken op basis van luchtsnelheid" fire()="formule voor efficiëntie van kaarsvuur op basis van luchtsnelheid"

Tot slot: RPM=mF(mod(sink(RPM)-fire(RPM)))-A*(RPM^2)Alternatieve oplossingen (voel je vrij om suggesties te doen):

1. Twee modules en koellichamen (symmetrisch) aan elke kant van de motor voor meer vermogen

   Sluit de modules parallel of in serie aan op de motor (sterker vs. sneller)

2. Gebruik stationaire kaarsen op de grond of vast in de basis

   • Ik moest 4 kaarsen gebruiken om voldoende stroom te krijgen
   • Zie video