Termoelektrisk rotasjonspynt: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Bakgrunn:

Dette er et annet termoelektrisk eksperiment/ornament der hele konstruksjonen (stearinlys, varm side, modul og kul side) roterer og både oppvarming og kjøling av seg selv med en perfekt balanse mellom modulens utgangseffekt, motormoment og turtall, effektivitet av lys, varmeoverføring, kjøleeffektivitet, luftstrøm og friksjon. Mye fysikk foregår her, men med en veldig enkel konstruksjon. Jeg håper du liker dette prosjektet!

Se videoer for sluttresultat: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Noen andre av mine termoelektriske prosjekter finner du her:

Termoelektrisk vifte Smarttelefonlader Nød -LED Konsept:

Hjertet i konstruksjonen, den termoelektriske modulen, kalles også et peltierelement, og når du bruker den som generator kalles den seebeck -effekt. Den har en varm side og en kald. Modulen genererer kraft for å drive en motor som er festet til basen. Alt vil snu og luftstrømmen vil avkjøle den øvre kjøleribben raskere enn aluminiumsplaten under. Høyere temperaturforskjell => økt utgangseffekt => økt motorturtall => økt luftstrøm => økt temperaturforskjell, men redusert lysstyrke. Ettersom lyset også følger rotasjonen, vil varmen være mindre effektiv med økt hastighet, og dette vil balansere turtallet til en fin sakte rotasjon. Det kan ikke gå for fort å slukke selve brannen, og det kan ikke stoppe før lyset går tom for drivstoff.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultat:

Min opprinnelige plan var å ha stasjonære lys (se video), men jeg fant ut at denne konstruksjonen var både mer avansert og morsom. Du kan kjøre dette med stasjonære lys, men det vil kreve 4 av dem hvis du ikke bruker to moduler eller større varmeområde i aluminium.

Hastigheten er mellom 0,25 og 1 omdreining per sekund. Ikke for sakte og ikke for fort. Det vil aldri stoppe og brannen brenner til lyset er tomt. Varmeavlederen vil være ganske varm over tid. Jeg brukte en høy temperatur TEG -modul for dette, og jeg kan ikke love at en billigere TEC (peltier -modul) vil klare det. Vær oppmerksom på at hvis temperaturen overskrider spesifikasjonen til modulen, vil den bli skadet! Jeg vet ikke hvordan jeg måler temperaturen, men jeg kan ikke røre den med fingrene, så jeg antar at den er et sted mellom 50-100C (på den kalde siden).

Trinn 1: Materialer og verktøy

Materialer:

• Aluminiumsplate: 140x45x5mm
• Plaststang: 60x8mm [fra persienner]
• Elektrisk motor: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Termoelektrisk modul (høy temperatur TEG): TEP1-1264-1.5 [fra mitt andre prosjekt, se nedenfor]
• Kjøleribbe: Aluminium 42x42x30mm (enkelt retningsbestemte luftkanaler) [fra en gammel datamaskin]
• 2x skruer + 4 skiver for motor: 10x2,5 mm (usikker på gjenging)
• 2x spiker for kjøleribbe vedlegg: 2x14mm (kutt)
• 2x fjærer for kjøleribbe
• Motvekt: M10 bolt+2 muttere+2 skiver+magnet for finjustering
• Termisk pasta: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C maks temp) [conrad.com]
• Ståltråd: 0,5 mm
• Tre (bjørk) (siste base er 90x45x25mm)

TEG -spesifikasjon:

Jeg kjøpte TEP1-1264-1.5 på https://termo-gen.com/ Testet ved 230ºC (varm side) og 50ºC (kald side) med:

Uoc: 8,7V Ri: 3Ω U (belastning): 4,2V I (belastning): 1,4A P (match): 5,9W varme: 8,8W/cm2 Størrelse: 40x40mm

Verktøy:

• Bor: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 og 8,5 mm
• Hacksag
• Fil (metall+tre)
• Stålbørste
• Stålull
• Skrujern
• Slipepapir
• (Loddejern)

Trinn 2: Konstruksjon (plate)

Se tegninger for alle mål.

1. Tegn på aluminiumsplaten eller bruk en mal.
2. Bruk hacksag for å kutte ut stykket.
3. Bruk filen til å finjustere
4. Bor to 2,5 mm hull for motor (22 mm mellom) pluss 6 mm hull for motorsenter
5. Bor to 2 mm hull der neglene skal være (for kjøleribben)
6. Bor ett 8,5 mm hull for motvekt (vil gjenges som M10)
7. Avslutt overflatene med stålbørste og ull

Trinn 3: Konstruksjon (base)

Jeg brukte et kutt i halvt ildved.

1. Bruk fil og slipepapir før du kutter det (lettere å fikse)
2. Bor et 8 mm hull i toppen av midten for stangen (20 mm dybde, ikke helt gjennom)
3. Skjær stykket i 90 mm lengde
4. Fullfør overflaten
5. Bruk olje eller trebeis for fin overflatefarge (jeg påførte mørk trebeis etter alle fotografiene for bedre utseende)

Trinn 4: Konstruksjon (lyshenger)

Dette er den vanskeligste delen tror jeg. Kanskje lettere hvis du gjør dette på slutten når alt er ferdig og fungerer. Jeg brukte en tynn tråd til å bøye den ved å bruke bare to stykker. Det var vanskelig å fotografere alle vinkler. Denne delen holder lyset under den termoelektriske modulen på avstand, slik at flammen ikke berører aluminiumsplaten.

1. Bøy to identiske deler for å passe til lyset
2. Lim de to delene sammen

Trinn 5: Monter (motor)

1. Bruk en skive på hver side av tallerkenen
2. Sørg for at skruene har riktig lengde (for lenge vil skade motoren)
3. Skru motoren

Skivene vil skille motoren litt fra platen og sørge for at den ikke blir overopphetet senere.

Trinn 6: Monter (TEG -modul)

Det er en kritisk del å bruke termisk pasta for å få en god varmeoverføring mellom delene. Jeg brukte termisk pasta med høy temperatur (200C), men det "kan" fungere med vanlig CPU -termisk pasta. De kan vanligvis ta mellom 100-150C.

1. Sørg for at overflatene på platen, modulen og kjøleribben er rene for smuss (må være god kontakt)
2. Påfør termisk pasta på den "varme siden" av modulen
3. Fest modulens varme side til platen
4. Påfør termisk pasta på den "kalde siden" av modulen
5. Fest kjøleribben på toppen av modulen
6. Fest fjærer for å holde kjøleribben stabil (høyt trykk gir bedre varmeoverføring)

Trinn 7: Monter (stang og grunnplate)

1. Bor 1,5 mm hull i stangen (3 mm dybde)
2. Fest motoraksen til stangen
3. Fest stangen til grunnvedet

Trinn 8: Monter (motor, lysstaker og motvekt)

1. Fest modulkabler til motoren (loddejern er bra)
2. Fest lysstaker til de samme spiker som varmeavlederfjærene er festet til
3. Sett et lys i hengeren
4. Monter motvekten og vipp konstruksjonen for å sikre at du har riktig balanse

Trinn 9: Finale

Vær oppmerksom på at varmen fra lyset kan skade modulen din hvis spesifikasjonen har lav maksimal temperatur. Selv den kalde siden blir ganske varm! Et annet trinn du kan gjøre er å forberede kjøleribben med elektrisk tape og fylle den med vann. Det sørger for at den kalde siden aldri når over 100C! Planen min var å gjøre dette, men jeg trengte det ikke.

1. Tente lyset (frittliggende)
2. Plasser lyset
3. Vent 10 sekunder og prøv å hjelpe den å snurre for å komme i gang før den kalde siden blir overopphetet
4. Nyt!

Hovedformel: Energi = Energi+moro

Detaljert formel: RPM = mF (tegP) -A*(RPM^2)

RPM = "motoromdreininger per minutt" mF () = "motorkarakteristikkformel" tegP = "moduleffekt" A = "luftmotstand + motorfriksjonskonstant"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "termoelektriske modulegenskaper formel" Tdiff = "temp differens"

Tdiff = vaske (RPM) -fire (RPM) vask () = "varmeavlederegenskaper formel basert på lufthastighet" fire () = "stearinlys effektivitetsformel basert på lufthastighet"

Til slutt: RPM = mF (mod (vask (RPM) -fire (RPM)))-A*(RPM^2) Alternative løsninger (kom gjerne med forslag):

1. To moduler og kjøleribber (symetrisk) på hver side av motoren for mer kraft

   Koble modulene parallelt eller i serie med motoren (sterkere vs. raskere)

2. Bruk stasjonære lys på bakken eller festet i basen

   • Jeg måtte bruke 4 lys for å få nok strøm
   • Se vid