Ornamento rotazionale termoelettrico: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Sfondo:

Questo è un altro esperimento/ornamento termoelettrico in cui l'intera costruzione (candela, lato caldo, modulo e lato freddo) ruota e si riscalda e si raffredda con un perfetto equilibrio tra potenza di uscita del modulo, coppia e giri del motore, efficienza della candela, trasferimento di calore, efficienza di raffreddamento, flusso d'aria e attrito. Un sacco di fisica sta succedendo qui, ma con una costruzione molto semplice. Spero che questo progetto vi piaccia!

Guarda i video per il risultato finale:Video di YouTube 1Video di YouTube 2Video di YouTube 3

Alcuni altri miei progetti termoelettrici li trovate qui:

Ventola termoelettricaCaricabatterie per smartphoneEmergency LEDConcept:

Il cuore della costruzione, il modulo termoelettrico, è anche chiamato elemento peltier e quando lo si usa come generatore si chiama effetto seebeck. Ha un lato caldo e uno freddo. Il modulo genera energia per azionare un motore il cui asse è collegato alla base. Tutto girerà e il flusso d'aria raffredderà il dissipatore di calore superiore più velocemente della piastra di alluminio sottostante. Differenza di temperatura maggiore => potenza di uscita aumentata => giri motore aumentati => flusso d'aria aumentato => differenza di temperatura aumentata ma potenza della candela diminuita. Poiché anche la candela segue la rotazione, il calore sarà meno efficiente con l'aumentare della velocità e questo bilancerà l'RPM in una bella rotazione lenta. Non può andare troppo veloce per spegnere il fuoco stesso e non può fermarsi finché la candela non esaurisce il carburante.

en.wikipedia.org/wiki/Effetto_termoelettrico

Risultato:

Il mio piano originale era di avere candele fisse (vedi video), ma ho scoperto che questa costruzione era sia più avanzata che divertente. Potresti eseguirlo con candele fisse, ma ne richiederanno 4 se non usi due moduli o un'area di calore in alluminio più grande.

La velocità è compresa tra 0,25 e 1 giro al secondo. Non troppo lento e non troppo veloce. Non si fermerà mai e il fuoco brucerà finché la candela non si esaurirà. Il dissipatore di calore sarà piuttosto caldo nel tempo. Ho usato un modulo TEG ad alta temperatura per questo e non posso promettere che un TEC (modulo Peltier) più economico ce la farà. Si prega di essere consapevoli che se la temperatura supera le specifiche del modulo sarà danneggiato! Non so come misurare la temperatura ma non riesco a toccarla con le dita, quindi immagino che sia da qualche parte tra 50-100C (sul lato freddo).

Passaggio 1: materiali e strumenti

Materiali:

• Piastra in alluminio: 140x45x5mm
• Asta di plastica: 60x8mm [da una veneziana]
• Motore elettrico: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Modulo termoelettrico (TEG ad alta temperatura): TEP1-1264-1.5 [dal mio altro progetto, vedi sotto]
• Dissipatore di calore: alluminio 42x42x30mm (canali dell'aria unidirezionali) [da un vecchio computer]
• 2x viti + 4 rondelle per motore: 10x2,5 mm (non sono sicuro della filettatura)
• 2x chiodi per il fissaggio del dissipatore di calore: 2x14mm (tagliati)
• 2x molle per attacco dissipatore di calore
• Contrappeso: bullone M10 + 2 dadi + 2 rondelle + magnete per la regolazione fine
• Pasta termica: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max temp) [conrad.com]
• Filo di acciaio: 0,5 mm
• Legno (betulla) (la base finale è 90x45x25mm)

Specifiche TEG:

Ho acquistato il TEP1-1264-1.5 su https://termo-gen.com/ Testato a 230ºC (lato caldo) e 50ºC (lato freddo) con:

Uoc: 8,7 V Ri: 3Ω U (carico): 4,2 V I (carico): 1,4 A P (corrispondenza): 5,9 W Calore: 8,8 W/cm2 Dimensioni: 40x40 mm

Utensili:

• Punte: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 e 8,5 mm
• seghetto
• Lima (metallo+legno)
• Spazzola metallica
• Lana d'acciaio
• Cacciavite
• Carta abrasiva
• (Saldatore)

Passaggio 2: costruzione (piatto)

Vedere i disegni per tutte le misure.

1. Disegna sulla lastra di alluminio o usa un modello.
2. Usa un seghetto per tagliare il pezzo.
3. Usa file per la regolazione fine
4. Praticare due fori da 2,5 mm per il motore (22 mm tra loro) più un foro da 6 mm per il centro del motore
5. Praticare due fori da 2 mm dove saranno i chiodi (per il fissaggio del dissipatore di calore)
6. Praticare un foro da 8,5 mm per il contrappeso (verrà filettato come M10)
7. Rifinire le superfici con spazzola metallica e lana

Fase 3: Costruzione (Base)

Ho usato un taglio a metà legna da ardere.

1. Utilizzare lima e carta abrasiva prima di tagliarlo (più facile da fissare)
2. Praticare un foro da 8 mm in alto al centro per l'asta (profondità 20 mm, non completamente)
3. Tagliare il pezzo a 90 mm di lunghezza
4. Finisci la superficie
5. Usa olio o macchia di legno per un bel colore della superficie (ho applicato una macchia di legno scuro dopo tutte le fotografie per un aspetto migliore)

Passaggio 4: costruzione (portacandela)

Questa è la parte più difficile, immagino. Forse più facile se lo fai alla fine quando tutto è finito e funziona. Ho usato un filo sottile per piegarlo usando solo due pezzi. Era difficile fotografare tutti gli angoli. Questa parte manterrà la candela sotto il modulo termoelettrico a una distanza in modo che la fiamma non tocchi la piastra di alluminio.

1. Piega due parti identiche per adattarle alla candela
2. Incolla le due parti insieme

Passaggio 5: assemblare (motore)

1. Utilizzare una rondella su ciascun lato della piastra
2. Assicurarsi che le viti siano della lunghezza corretta (troppo lunghe danneggerà il motore)
3. Avvitare il motore

Le rondelle separeranno leggermente il motore dalla piastra e faranno in modo che non si surriscaldi in seguito.

Passaggio 6: assemblare (modulo TEG)

È una parte fondamentale utilizzare la pasta termica per ottenere un buon trasferimento di calore tra le parti. Ho usato pasta termica ad alta temperatura (200°C) ma "potrebbe" funzionare con la normale pasta termica per CPU. Di solito possono prendere tra 100-150C.

1. Assicurarsi che le superfici della piastra, del modulo e del dissipatore di calore e pulite dallo sporco (deve essere un buon contatto)
2. Applicare la pasta termica sul "lato caldo" del modulo
3. Fissare il modulo lato caldo alla piastra
4. Applicare la pasta termica sul "lato freddo" del modulo
5. Fissare il dissipatore di calore sulla parte superiore del modulo
6. Fissare le molle per mantenere fermo il dissipatore di calore (l'alta pressione determina un migliore trasferimento di calore)

Passaggio 7: assemblare (asta e piastra di base)

1. Praticare un foro da 1,5 mm nell'asta (profondità 3 mm)
2. Collegare l'asse del motore all'asta
3. Fissare l'asta al legno di base

Passaggio 8: assemblare (motore, portacandela e contrappeso)

1. Collegare i cavi del modulo al motore (il saldatore va bene)
2. Attacca il portacandela agli stessi chiodi a cui sono attaccate le molle del dissipatore di calore
3. Metti una candela nell'attaccapanni
4. Montare il contrappeso e inclinare la struttura per assicurarsi di avere il giusto equilibrio

Passaggio 9: finale

Tieni presente che il calore della candela può danneggiare il modulo se la specifica ha una temperatura massima bassa. Anche il lato freddo sarà piuttosto caldo! Un altro passo che potresti voler fare è preparare il dissipatore di calore con del nastro isolante e riempirlo d'acqua. Ciò assicura che il lato freddo non superi mai i 100°C! Il mio piano era di farlo, ma non ne avevo bisogno.

1. Accendi la candela (staccata)
2. Metti la candela
3. Aspetta 10 secondi e magari prova ad aiutarlo a girare per farlo partire prima che il lato freddo si surriscaldi
4. Divertiti!

Formula principale: Energia=Energia+divertimento

Formula dettagliata: RPM=mF(tegP)-A*(RPM^2)

RPM="giri motore al minuto" mF()="formula caratteristiche motore" tegP="potenza modulo" A="resistenza aria + costante attrito motore"

tegP=mod(Tdiff) mod()="formula caratteristiche modulo termoelettrico" Tdiff="differenza temperatura"

Tdiff=sink(RPM)-fire(RPM) sink()="formula delle caratteristiche del dissipatore di calore basata sulla velocità dell'aria" fire()="formula di efficienza del fuoco della candela basata sulla velocità dell'aria"

Infine: RPM=mF(mod(sink(RPM)-fire(RPM)))-A*(RPM^2)Soluzioni alternative (non esitate a dare suggerimenti):

1. Due moduli e dissipatori di calore (simmetricamente) su ciascun lato del motore per una maggiore potenza

   Collegare i moduli in parallelo o in serie con il motore (più forte vs più veloce)

2. Usa candele fisse a terra o fissate nella base

   • Ho dovuto usare 4 candele per ottenere una potenza sufficiente
   • Vedi video