Ornamento Rotacional Termoelétrico: 9 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Fundo:

Este é outro experimento / ornamento termoelétrico onde toda a construção (vela, lado quente, módulo e lado frio) está girando e aquecendo e resfriando-se com um equilíbrio perfeito entre a potência de saída do módulo, torque do motor e rpm, eficiência da vela, transferência de calor, eficiência de resfriamento, fluxo de ar e fricção. Muita física está acontecendo aqui, mas com uma construção muito simples. Espero que gostem deste projeto!

Veja os vídeos para o resultado final: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Alguns outros de meus projetos termelétricos podem ser encontrados aqui:

Ventilador termoelétricoSmarthphone ChargerEmergency LEDConcept:

O coração da construção, o módulo termoelétrico, também é chamado de elemento peltier e quando você o usa como gerador é chamado de efeito seebeck. Tem um lado quente e outro frio. O módulo gera energia para acionar um motor cujo eixo está conectado à base. Tudo girará e o fluxo de ar resfriará o dissipador de calor superior mais rápido do que a placa de alumínio abaixo. Maior diferença de temperatura => aumento da potência de saída => aumento da RPM do motor => aumento do fluxo de ar => aumento da diferença de temperatura, mas diminuição da potência da vela. Como a vela também segue a rotação, o calor será menos eficiente com o aumento da velocidade e isso irá equilibrar o RPM para uma boa rotação lenta. Ele não pode ir muito rápido para apagar o fogo e não pode parar até que a vela fique sem combustível.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultado:

Meu plano original era ter velas fixas (veja o vídeo), mas achei esta construção mais avançada e divertida. Você poderia executar isso com velas fixas, mas irá requerer 4 delas se você não usar dois módulos ou uma área de aquecimento de alumínio maior.

A velocidade está entre 0,25 e 1 revolução por segundo. Nem muito lento nem muito rápido. Isso nunca vai parar e o fogo vai queimar até que a vela se esvazie. O dissipador de calor ficará bastante quente com o tempo. Usei um módulo TEG de alta temperatura para isso e não posso prometer que um TEC (módulo peltier) mais barato o fará. Esteja ciente de que se a temperatura exceder a especificação do módulo, ele será danificado! Não sei como medir a temperatura, mas não consigo tocá-la com os dedos, então acho que está em algum lugar entre 50-100C (no lado frio).

Etapa 1: Materiais e Ferramentas

Materiais:

• Placa de alumínio: 140x45x5mm
• Haste de plástico: 60x8mm [de uma veneziana]
• Motor elétrico: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Módulo termoelétrico (alta temperatura TEG): TEP1-1264-1.5 [do meu outro projeto, veja abaixo]
• Dissipador de calor: Alumínio 42x42x30mm (canais de ar direcionais simples) [de um computador antigo]
• 2x Parafusos + 4 arruelas para motor: 10x2,5mm (não tenho certeza sobre a rosca)
• 2 pregos para fixação do dissipador de calor: 2x14 mm (corte)
• 2x molas para fixação do dissipador de calor
• Contra peso: parafuso M10 + 2 porcas + 2 arruelas + ímã para ajuste fino
• Pasta térmica: KERATHERM KP92 (10 W / mK, temperatura máx. 200C) [conrad.com]
• Fio de aço: 0,5 mm
• Madeira (bétula) (a base final é 90x45x25mm)

Especificação TEG:

Comprei o TEP1-1264-1.5 em https://termo-gen.com/ Testado a 230ºC (lado quente) e 50ºC (lado frio) com:

Uoc: 8,7 V Ri: 3Ω U (carga): 4,2 V I (carga): 1,4 A P (partida): 5,9 W Calor: 8,8 W / cm2 Tamanho: 40x40mm

Ferramentas:

• Brocas: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 e 8,5 mm
• Serrote
• Arquivo (metal + madeira)
• Escova de aço
• Lã de aço
• Chave de fenda
• Papel abrasivo
• (Ferro de solda)

Etapa 2: construção (placa)

Veja os desenhos para todas as medidas.

1. Desenhe na placa de alumínio ou use um molde.
2. Use uma serra para cortar a peça.
3. Use o arquivo para ajustar
4. Faça dois furos de 2,5 mm para o motor (22 mm entre) mais um furo de 6 mm para o centro do motor
5. Faça dois furos de 2 mm onde os pregos ficarão (para fixação do dissipador de calor)
6. Faça um furo de 8,5 mm para o contrapeso (será rosqueado como M10)
7. Acabar as superfícies com escova de aço e lã

Etapa 3: construção (base)

Usei um corte pela metade da lenha.

1. Use lixa e lixa antes de cortá-la (mais fácil de fixar)
2. Faça um orifício de 8 mm no centro superior para a haste (profundidade de 20 mm, não totalmente)
3. Corte a peça em 90 mm de comprimento
4. Acabar a superfície
5. Use tinta a óleo ou madeira para obter uma cor de superfície agradável (apliquei tinta para madeira escura depois de todas as fotos para obter uma aparência melhor)

Etapa 4: construção (cabide de vela)

Esta é a parte mais complicada, eu acho. Talvez seja mais fácil se você fizer isso no final, quando tudo estiver concluído e funcionando. Usei um fio fino para dobrá-lo usando apenas duas peças. Foi difícil fotografar todos os ângulos. Esta parte manterá a vela abaixo do módulo termoelétrico à distância para que a chama não toque a placa de alumínio.

1. Dobre duas partes idênticas para caber na vela
2. Cole as duas partes juntas

Etapa 5: montar (motor)

1. Use uma arruela em cada lado da placa
2. Certifique-se de que os parafusos tenham o comprimento correto (muito tempo danificará o motor)
3. Aparafuse o motor

As arruelas vão separar um pouco o motor da placa e garantir que não sobreaqueça mais tarde.

Etapa 6: montagem (módulo TEG)

É fundamental usar pasta térmica para conseguir uma boa transferência de calor entre as peças. Usei pasta térmica de alta temperatura (200C), mas "pode" funcionar com pasta térmica normal de CPU. Eles geralmente podem levar entre 100-150C.

1. Certifique-se de que as superfícies da placa, módulo e dissipador de calor estejam limpas de sujeira (deve haver bom contato)
2. Aplique pasta térmica no "lado quente" do módulo
3. Anexe o lado quente do módulo à placa
4. Aplique pasta térmica no "lado frio" do módulo
5. Anexe o dissipador de calor na parte superior do módulo
6. Anexe molas para manter o dissipador de calor estável (a alta pressão resulta em uma melhor transferência de calor)

Etapa 7: montar (haste e placa de base)

1. Faça um orifício de 1,5 mm na haste (profundidade de 3 mm)
2. Anexe o eixo do motor à haste
3. Anexe a haste à base de madeira

Etapa 8: montar (motor, gancho de vela e contrapeso)

1. Conecte os cabos do módulo ao motor (ferro de solda é bom)
2. Prenda o cabide de vela nos mesmos pregos que as molas do dissipador de calor estão fixadas
3. Coloque uma vela no cabide
4. Monte o contrapeso e incline a construção para garantir o equilíbrio correto

Etapa 9: final

Esteja ciente de que o calor da vela pode danificar seu módulo se a especificação tiver temperatura máxima baixa. Até o lado frio vai estar bem quente! Outra etapa que você pode fazer é preparar o dissipador de calor com fita isolante e enchê-lo com água. Isso garante que o lado frio nunca alcance mais de 100 ° C! Meu plano B era fazer isso, mas eu não precisava.

1. Acendeu a vela (destacada)
2. Coloque a vela
3. Espere 10 segundos e talvez tente ajudá-lo a girar para começar antes que o lado frio fique superaquecido
4. Aproveitar!

Fórmula principal: Energia = Energia + diversão

Fórmula detalhada: RPM = mF (tegP) -A * (RPM ^ 2)

RPM = "rotações do motor por minuto" mF () = "fórmula das características do motor" tegP = "potência do módulo" A = "resistência do ar + constante de fricção do motor"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "fórmula de características do módulo termoelétrico" Tdiff = "diferença de temperatura"

Tdiff = dissipador (RPM) -fire (RPM) dissipador () = "fórmula das características do dissipador de calor com base na velocidade do ar" fogo () = "fórmula de eficiência do fogo da vela com base na velocidade do ar"

Finalmente: RPM = mF (mod (dissipador (RPM) -fire (RPM))) - A * (RPM ^ 2) Soluções alternativas (sinta-se à vontade para fazer sugestões):

1. Dois módulos e dissipadores de calor (simetricamente) em cada lado do motor para obter mais energia

   Conecte os módulos em paralelo ou em série com o motor (mais forte vs. mais rápido)

2. Use velas estacionárias no chão ou fixas na base

   • Tive que usar 4 velas para obter energia suficiente
   • Ver vid