Turbina electrostática mejorada hecha de materiales reciclables: 16 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Se trata de una turbina electrostática (EST) completamente construida desde cero que convierte la corriente continua de alto voltaje (HVDC) en un movimiento giratorio de alta velocidad. Mi proyecto se inspiró en el motor Jefimenko Corona, que funciona con electricidad de la atmósfera:

La turbina se construyó con los siguientes elementos: tubos de plástico y pajitas para beber, espaciadores de nailon, cartón, accesorios de montaje y conexión de chapa metálica, así como una fuente de alimentación HVDC utilizada en lugar del campo eléctrico terrestre. La turbina cuenta con una carcasa de plástico transparente que reduce el riesgo de contacto accidental de alta tensión al tiempo que permite una vista interior de la turbina para demostraciones en el aula y en ferias de ciencias. Cuando se opera la turbina en una habitación oscura, la descarga de corona produce un resplandor azul violeta fantasmal que ilumina el interior de la carcasa. Una comparación en paralelo de una versión anterior del EST muestra el perfil más pequeño y optimizado. Usé herramientas manuales simples y un taladro eléctrico para la construcción. Precaución: Este proyecto puede producir gas ozono y debe operarse en áreas con ventilación adecuada. Se recomiendan guantes de trabajo cuando se trabaja con láminas de metal debido a los bordes afilados. Por último, HVDC no siempre es fácil de usar, ¡así que actúe en consecuencia!

Paso 1: ¿Cómo funciona el EST-3?

El EST tiene 6 electrodos de lámina con bordes afilados que rodean un rotor de plástico. Hay 3 electrodos calientes cableados en serie que depositan partículas cargadas en la superficie del rotor. Los electrodos calientes alternan en polaridad con 3 rotores conectados a tierra (en este caso: Hot-Gnd-Hot-Gnd-Hot-Gnd). Los electrodos calientes rocían el rotor con cargas similares, que luego los electrodos repelen, haciendo que el rotor gire. A través del proceso de inducción, cada electrodo caliente atrae el segmento del rotor que fue neutralizado eléctricamente por el electrodo de tierra precedente. El rotor tiene un respaldo de chapa de metal para optimizar el gradiente del campo eléctrico entre el borde de ataque de cada electrodo y la superficie del rotor. La acción de los electrodos calientes que rocían iones en el rotor junto con los electrodos de tierra en el detalle de limpieza permitió que la turbina descargada alcanzara las 3500 RPM utilizando un ionizador de grado industrial. El boceto muestra un prototipo de EST con 8 electrodos que fue un miserable fallo debido al arco interno entre los electrodos colocados demasiado juntos.

Lección para llevar: asegúrese de que los electrodos estén debidamente aislados y / o separados antes de usar una fuente de poder de alto rendimiento; de lo contrario, ¡su turbina podría reducirse a un desastre humeante!

Paso 2: Ubique los tubos de plástico para la carcasa y el rotor

Encontré estos tubos acrílicos en la papelera de una tienda de plásticos local. Los usé para hacer la carcasa y el rotor de la turbina. Las dimensiones exactas no importan. Un tubo debe caber dentro del otro con varios centímetros de espacio alrededor. Las botellas de plástico rígidas, como los recipientes de vitaminas, con la parte superior e inferior cortadas también funcionarían.

Paso 3: corte los electrodos de una sartén para pavo

Se cortaron seis electrodos de una sartén de aluminio para bañar pavo desechada que quedó de una cena. (Consejo de construcción: use una sartén para cocinar un ave grande, el metal es más pesado y es menos probable que se doble). Corté la longitud de cada electrodo aproximadamente igual a la longitud del rotor mientras hago un esfuerzo por no aplastar los bordes enrollados.

Paso 4: Inserte las varillas de soporte de los electrodos

Inserté un segmento de varilla roscada 8-32 a través del orificio de cada electrodo (¡encajó perfectamente!). Los segmentos eran 3,0 cm más largos que la carcasa de la turbina.

Paso 5: aplanar los bordes principales de los electrodos

Quité las ondulaciones y abolladuras del papel de aluminio con un rodillo.

Paso 6: Recortar y redondear los bordes de los electrodos

Los bordes delanteros de cada electrodo se recortaron a 1,0 cm usando un cortador de papel. Las esquinas se redondearon con una lima de hobby para reducir las fugas de corona.

Paso 7: corte las placas de retención y las tapas de los extremos para la carcasa y el rotor

Corté un juego de 6 discos de cartón para hacer las tapas de los extremos de la carcasa; otro juego de discos para tapas de extremo de rotor; y finalmente, corté un tercer juego de discos para hacer placas de retención para los cojinetes.

Paso 8: Verifique las tapas de los extremos, el rotor y la carcasa

Deslicé las tapas de los extremos del rotor y de la carcasa sobre una clavija de madera dura de 1/4 de pulgada de diámetro que servía como eje de la turbina. Más adelante en la construcción, la clavija se actualizó a una varilla acrílica para mejorar la apariencia. Verifiqué la colocación de la tapa del extremo y verifiqué que el rotor estuviera posicionado concéntricamente en la carcasa. (Consejo de construcción: envuelva los discos con cinta de papel untada con pegamento para madera hasta que encajen bien en los tubos).

Paso 9: Vuelva a taladrar las tapas de los extremos de la carcasa para los rodamientos

Usé pegamento para madera para ensamblar la carcasa y las tapas de los extremos del rotor. A continuación, se perforaron orificios con una separación de 60 grados a lo largo de la circunferencia exterior de las tapas de los extremos de la carcasa para que pudieran aceptar varillas de soporte roscadas. Se perforó un segundo anillo de orificios separados por 120 grados a medio camino entre el anillo exterior y el centro. Se taladró un conjunto de orificios correspondiente a través de las placas de retención. Inicialmente, perforé los centros de las tapas de los extremos de la carcasa para aceptar cojinetes de metal. Sin embargo, sacaron chispas de las puntas de los electrodos cuando la turbina se acercó a su máxima potencia. Encontré una solución que involucraba espaciadores de nailon no conductores de 1/4 de pulgada de diámetro interno como cojinetes. Los aseguré con tres pernos de nailon 8-32 insertados a través de la placa de retención. Hubo cierta resistencia a la rodadura cuando hice girar el rotor con la mano, pero la turbina probablemente no se quemaría y se convertiría en un SHM (desastre humeante).:> D

Paso 10: Taladre los orificios de montaje en la carcasa

Perforé dos orificios de montaje de 1/4 de pulgada a través de cada extremo del tubo de la carcasa. Los orificios aceptaron pernos de nailon de 1/4 de pulgada con arandelas de seguridad y tuercas hexagonales.

Paso 11: Conecte el hardware de conexión y soporte a los electrodos

Se deslizaron dos conectores de anillo sobre cada varilla de tierra como se muestra. Usé arandelas de goma (3/16 ID) como separadores. Este procedimiento se repitió para el extremo electrificado de la turbina. Todo se aseguró temporalmente con tuercas de nailon para verificar que encajaran bien. (El rotor no se instaló en este punto.)

Paso 12: Preparación del ensamblaje del rotor

Inicialmente, cubrí el tubo del rotor con una hoja de metal cortada de una lata de cerveza y luego enrolle cinta de plástico en espiral alrededor del tubo. Más tarde, al encender la turbina, no pasó mucho tiempo antes de que el arco interno de los electrodos perforara la cinta y arruinara el rotor -! @ # $, ¡Otra turbina tostada! (Tres arcos de punción aparecen como destellos en la imagen con poca luz). Una mejor idea era quitar la cinta original y cubrir la hoja de metal con un material aislante más grueso que posea mayor rigidez dieléctrica. Usé una hoja de plástico resistente cortada de un paquete de golosinas para perros que aseguré con cinta adhesiva.

Paso 13: Instale el conjunto del rotor

Quité el hardware del extremo de tierra de la turbina e inserté el rotor completo hasta que el eje encajó completamente con los cojinetes. Se agregaron conectores de anillo en las posiciones de las 5:00 y las 7:00 en punto para la entrada de energía.

Paso 14: Repare y aísle los electrodos

Es poco probable que la turbina funcione correctamente porque varios bordes de ataque se doblaron al insertar el conjunto del rotor. Mi solución fue desmontar la turbina y luego colocar una varilla de café en epoxi en cada electrodo como viga de soporte. Los palos se prepararon con papel de lija fino / mediano y luego se colorearon con un bolígrafo de pintura plateada. Usé 12 secciones de paja codificadas por colores (0,5 cm DI x 3,5 cm) para aislar las varillas de soporte. Cada sección se deslizó sobre una varilla de soporte, pasando a través de los orificios del ojal y de la tapa del extremo.

Paso 15: reensamble la turbina y ajuste los espacios

Después de volver a montar la turbina (¡de nuevo!) Y de conectar en serie los electrodos de conexión a tierra y caliente, até los cables de entrada a los postes de conexión. Las distancias de los espacios se ajustaron apretando las tuercas ciegas en el extremo de cada varilla hasta que los bordes de ataque estuvieran a 1 mm de la superficie del rotor. Corté una manga de una pajita "Big Gulp" de 1/4 de pulgada de diámetro interno y la deslicé sobre los extremos del eje para limitar el movimiento del rotor de lado a lado.

Paso 16: Prueba de funcionamiento

La turbina zumbaba a 13,5 kV con un consumo de 1,0 mAmp; los potenciales más altos causaron arcos eléctricos y pérdida de energía. Aquí hay un video que muestra el EST operando a alta velocidad. Un segundo video está aquí. ¡Estén atentos a las actualizaciones sobre lo que puede hacer la EST!