Turbina eletrostática aprimorada feita de materiais recicláveis: 16 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Esta é uma turbina eletrostática (EST) totalmente construída em arranhões que converte a corrente contínua de alta tensão (HVDC) em movimento rotativo de alta velocidade. Meu projeto foi inspirado no Jefimenko Corona Motor, que é movido a eletricidade da atmosfera:

A turbina foi construída com os seguintes itens: tubos de plástico e canudinhos, espaçadores de náilon, papelão, placas de metal para conexão e montagem, bem como uma fonte de alimentação HVDC usada no lugar do campo elétrico terrestre. A turbina possui uma carcaça de plástico transparente que reduz o risco de contato acidental com alta tensão, ao mesmo tempo que permite uma visão interna da turbina para demonstrações em salas de aula e feiras de ciências. Ao operar a turbina em uma sala escura, a descarga corona produz um brilho fantasmagórico azul-violeta que ilumina o interior da carcaça. Uma comparação lado a lado de uma versão anterior do EST mostra o perfil menor e mais simples. Usei ferramentas manuais simples e uma furadeira elétrica para construção. Cuidado: Este projeto pode produzir gás ozônio e deve ser operado em áreas com ventilação adequada. Luvas de trabalho são recomendadas ao trabalhar com chapas de metal devido às arestas vivas. Por último, o HVDC nem sempre é fácil de usar, portanto, aja de acordo!

Etapa 1: Como funciona o EST-3?

O EST tem 6 eletrodos de folha com bordas afiadas que circundam um rotor de plástico. Existem 3 eletrodos quentes com fiação em série que depositam partículas carregadas na superfície do rotor. Eletrodos quentes alternam em polaridade com 3 rotores aterrados (neste caso: Hot-Gnd-Hot-Gnd-Hot-Gnd). Os eletrodos quentes borrifam o rotor com cargas semelhantes, que os eletrodos então repelem, fazendo com que o rotor gire. Por meio do processo de indução, cada eletrodo quente atrai o segmento do rotor que foi neutralizado eletricamente pelo eletrodo de aterramento anterior. O rotor tem um suporte de folha de metal para otimizar o gradiente do campo elétrico entre a borda de ataque de cada eletrodo e a superfície do rotor. A ação de eletrodos quentes pulverizando íons no rotor, juntamente com eletrodos de aterramento no detalhe de limpeza, permitiu que a turbina sem carga atingisse 3.500 RPM usando um ionizador de grau industrial. O esboço mostra um protótipo EST com 8 eletrodos que foi uma falha miserável devido ao arco interno entre os eletrodos colocados muito próximos uns dos outros.

Lição para viagem: Certifique-se de que os eletrodos estão devidamente isolados e / ou espaçados antes de usar uma fonte de alimentação de alta saída; caso contrário, sua turbina poderia ser reduzida a uma bagunça quente fumegante!

Etapa 2: localizar tubos de plástico para carcaça e rotor

Encontrei esses tubos de acrílico na lata de lixo de uma loja de plásticos local. Usei-os para fazer a carcaça da turbina e o rotor. As dimensões exatas não importam. Um tubo deve caber dentro do outro com vários cms de folga ao redor. Garrafas de plástico rígidas, como recipientes de vitaminas, com as partes superior e inferior cortadas também funcionam.

Etapa 3: corte os eletrodos de uma frigideira de peru

Seis eletrodos foram cortados de uma frigideira de alumínio para peru que sobrou de um jantar. (Dica de construção: use uma panela para cozinhar um pássaro grande, o metal é mais pesado e menos propenso a dobrar.) Cortei o comprimento de cada eletrodo aproximadamente igual ao comprimento do rotor, enquanto faço um esforço para não esmagar as bordas enroladas.

Etapa 4: Insira as hastes de suporte do eletrodo

Eu inseri um segmento de haste rosqueada 8-32 através do orifício de cada eletrodo (o ajuste foi feito no local !!). Os segmentos eram 3,0 cms mais longos do que a carcaça da turbina.

Etapa 5: aplainar as bordas dianteiras dos eletrodos

Tirei as ondulações e amassados da folha com um rolo de massa.

Etapa 6: aparar e arredondar as bordas do eletrodo

As bordas de ataque de cada eletrodo foram aparadas para 1,0 cm usando um cortador de papel. Os cantos foram arredondados com uma lima hobby para reduzir o vazamento de corona.

Etapa 7: Corte as placas retentoras e as tampas da carcaça e do rotor

Cortei um conjunto de 6 discos de papelão para fazer as tampas das caixas; outro conjunto de discos para tampas de extremidade do rotor; e, finalmente, cortei um terceiro conjunto de discos para fazer placas de retenção para os rolamentos.

Etapa 8: Verificar tampas, rotor e carcaça

Deslizei o rotor e as tampas das extremidades do alojamento sobre um pino de madeira de lei de 1/4 de polegada de diâmetro que servia como eixo da turbina. Mais tarde na construção, o passador foi atualizado para uma haste de acrílico para melhorar a aparência. Eu verifiquei a colocação da tampa da extremidade e verifiquei se o rotor estava posicionado concentricamente na carcaça. (Dica de construção: enrole fita de papel untada com cola de madeira ao redor dos discos até que eles se encaixem bem nos tubos.)

Etapa 9: Perfure novamente as tampas da carcaça para rolamentos

Usei cola de madeira para montar a carcaça e as tampas das extremidades do rotor. Em seguida, os orifícios foram perfurados a 60 graus de distância ao longo da circunferência externa das tampas das extremidades do alojamento para que pudessem aceitar hastes de suporte roscadas. Um segundo anel de orifícios separados por 120 graus foi perfurado a meio caminho entre o anel externo e o centro. Um conjunto de orifícios correspondente foi perfurado através das placas de retenção. Inicialmente, perfurei os centros das tampas das extremidades da caixa para aceitar rolamentos de metal. No entanto, eles extraíram faíscas das pontas dos eletrodos conforme a turbina se aproximava da potência máxima. Eu encontrei uma solução alternativa que envolvia espaçadores de náilon não condutores de diâmetro interno de 1/4 de polegada como rolamentos. Prendi-os com três parafusos de náilon 8-32 inseridos na placa de retenção. Houve alguma resistência ao rolamento quando girei o rotor manualmente, mas a turbina provavelmente não queimaria e se transformaria em um SHM (bagunça quente fumegante).:> D

Etapa 10: Faça furos de montagem na caixa

Fiz dois orifícios de montagem de 1/4 de polegada em cada extremidade do tubo do invólucro. Os orifícios aceitavam parafusos de náilon de 1/4 de polegada com arruelas de pressão e porcas sextavadas.

Etapa 11: Conecte o hardware de conexão e suporte aos eletrodos

Dois conectores de anel foram colocados em cada haste de aterramento, conforme mostrado. Usei anéis isolantes de borracha (3/16 ID) como isoladores. Este procedimento foi repetido para a extremidade eletrificada da turbina. Tudo foi temporariamente preso com porcas de bolota de náilon para verificar se havia um bom encaixe. (Rotor não foi instalado neste apontar.)

Etapa 12: Preparar a montagem do rotor

Inicialmente, cobri o tubo do rotor com uma folha de metal cortada de uma lata de cerveja e depois enrolei fita plástica em espiral ao redor do tubo. Mais tarde, ao ligar a turbina, não demorou muito para que o arco interno dos eletrodos perfurasse a fita e arruinasse o rotor -! @ # $, Outra turbina torrada! (Três arcos de punção aparecem como explosões de estrelas na imagem de pouca luz). Uma idéia melhor foi remover a fita original e cobrir a chapa com um material isolante mais espesso e de maior rigidez dielétrica. Usei uma folha de plástico resistente cortada de um pacote de guloseimas para cães que prendi com fita adesiva.

Etapa 13: Instale o conjunto do rotor

Tirei a ferragem da extremidade de aterramento da turbina e inseri o rotor completo até que o eixo engatasse totalmente os rolamentos. Conectores de anel foram adicionados nas posições 5:00 e 7:00 horas para entrada de energia.

Etapa 14: Reparar e isolar os eletrodos

Era improvável que a turbina funcionasse corretamente porque várias bordas de ataque foram dobradas durante a inserção do conjunto do rotor. Minha solução foi desmontar a turbina e, em seguida, usar epóxi com uma vareta para misturar café em cada eletrodo como uma viga de suporte. Os palitos foram preparados com lixa média / fina e, em seguida, coloridos com caneta de tinta prateada. Usei 12 seções de canudo codificadas por cores (0,5 cm DI x 3,5 cm) para isolar as hastes de suporte. Cada seção deslizou sobre uma haste de suporte, passando pelos orifícios do ilhó e da tampa da extremidade.

Etapa 15: remontar a turbina e ajustar as lacunas

Depois de montar a turbina de volta (de novo!) E fazer a fiação em série dos eletrodos de aquecimento e aterramento, conectei os fios de entrada aos postes de ligação. As distâncias de folga foram ajustadas apertando as porcas de bolota no final de cada haste até que as bordas de ataque estivessem dentro de 1 mm da superfície do rotor. Cortei uma manga de um canudo "Big Gulp" de 1/4 de polegada ID e coloquei sobre as extremidades do eixo para limitar o movimento lateral do rotor.

Etapa 16: Execução de teste

A turbina estava zumbindo a 13,5 kV com um consumo de 1,0 mAmp; potenciais mais elevados causaram arco e perda de energia. Aqui está um vídeo que mostra o EST operando em alta velocidade. Um segundo vídeo está aqui. Fique ligado nas atualizações sobre o que o EST pode fazer!