Adorno rotatorio termoeléctrico: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Fondo:

Este es otro experimento / adorno termoeléctrico en el que toda la construcción (vela, lado caliente, módulo y lado frío) gira y se calienta y se enfría con un equilibrio perfecto entre la potencia de salida del módulo, el par motor y las rpm, la eficiencia de la vela, la transferencia de calor, eficiencia de enfriamiento, flujo de aire y fricción. Aquí hay mucha física, pero con una construcción muy simple. ¡Espero que disfrutes de este proyecto!

Ver videos para el resultado final: Youtube Video 1Youtube Video 2Youtube Video 3

Algunos otros de mis proyectos termoeléctricos se pueden encontrar aquí:

Ventilador termoeléctrico Cargador de teléfono LED de emergencia Concepto:

El corazón de la construcción, el módulo termoeléctrico, también se llama elemento peltier y cuando lo usas como generador se llama efecto seebeck. Tiene un lado caliente y otro frío. El módulo genera energía para impulsar un motor cuyo eje está conectado a la base. Todo girará y el flujo de aire enfriará el disipador de calor superior más rápido que la placa de aluminio de abajo. Mayor diferencia de temperatura => mayor potencia de salida => mayor RPM del motor => mayor flujo de aire => mayor diferencia de temperatura pero menor potencia de la vela. Como la vela también sigue la rotación, el calor será menos eficiente con una mayor velocidad y esto equilibrará las RPM en una agradable rotación lenta. No puede ir demasiado rápido para apagar el fuego y no puede detenerse hasta que la vela se quede sin combustible.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Resultado:

Mi plan original era tener velas estacionarias (ver video), pero descubrí que esta construcción era más avanzada y divertida. Puede ejecutar esto con velas estacionarias, pero requerirá 4 de ellas si no usa dos módulos o un área de calor de aluminio más grande.

La velocidad está entre 0,25 y 1 revolución por segundo. Ni demasiado lento ni demasiado rápido. Nunca se detendrá y el fuego arderá hasta que la vela se agote. El disipador de calor estará bastante caliente con el tiempo. Usé un módulo TEG de alta temperatura para esto y no puedo prometer que lo hará un TEC (módulo peltier) más barato. ¡Tenga en cuenta que si la temperatura excede la especificación del módulo, se dañará! No sé cómo medir la temperatura, pero no puedo tocarla con los dedos, así que supongo que está entre 50 y 100 ° C (en el lado frío).

Paso 1: Materiales y herramientas

Materiales:

• Placa de aluminio: 140x45x5mm
• Varilla de plástico: 60x8 mm [de una persiana veneciana]
• Motor eléctrico: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Módulo termoeléctrico (TEG de alta temperatura): TEP1-1264-1.5 [de mi otro proyecto, ver más abajo]
• Disipador de calor: Aluminio 42x42x30 mm (canales de aire unidireccionales) [de una computadora vieja]
• 2x tornillos + 4 arandelas para motor: 10x2,5 mm (no estoy seguro de enhebrar)
• 2x clavos para la fijación del disipador de calor: 2x14 mm (corte)
• 2x resortes para accesorio de disipador de calor
• Contrapeso: perno M10 + 2 tuercas + 2 arandelas + imán para ajuste fino
• Pasta térmica: KERATHERM KP92 (10 W / mK, temperatura máxima de 200C) [conrad.com]
• Alambre de acero: 0,5 mm
• Madera (abedul) (la base final es de 90x45x25 mm)

Especificaciones de TEG:

Compré el TEP1-1264-1.5 en https://termo-gen.com/ Probado a 230ºC (lado caliente) y 50ºC (lado frío) con:

Uoc: 8.7V Ri: 3Ω U (carga): 4.2V I (carga): 1.4A P (partido): 5.9W Calor: 8.8W / cm2 Tamaño: 40x40mm

Instrumentos:

• Taladros: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 y 8,5 mm
• Sierra
• Lima (metal + madera)
• Cepillo de alambre
• Estropajo de acero
• Destornillador
• Papel abrasivo
• (Soldador)

Paso 2: Construcción (placa)

Ver dibujos para todas las medidas.

1. Dibuja en la placa de aluminio o usa una plantilla.
2. Use una sierra para metales para cortar la pieza.
3. Usar archivo para ajustar con precisión
4. Taladre dos orificios de 2,5 mm para el motor (22 mm entre ellos) más un orificio de 6 mm para el centro del motor
5. Taladre dos orificios de 2 mm donde estarán los clavos (para la fijación del disipador de calor)
6. Taladre un orificio de 8,5 mm para el contrapeso (se roscará como M10)
7. Termine las superficies con un cepillo de alambre y lana.

Paso 3: Construcción (Base)

Usé un corte a la mitad de leña.

1. Utilice lima y papel abrasivo antes de cortarlo (más fácil de fijar)
2. Taladre un orificio de 8 mm en el centro superior para la varilla (20 mm de profundidad, no completamente)
3. Cortar la pieza a 90 mm de largo.
4. Termina la superficie
5. Use tinte de aceite o madera para obtener un color agradable en la superficie (apliqué tinte de madera oscura después de todas las fotografías para una mejor apariencia)

Paso 4: Construcción (colgador de velas)

Esta es la parte más complicada, supongo. Tal vez sea más fácil si lo hace al final, cuando todo esté terminado y funcionando. Usé un alambre delgado para doblarlo usando solo dos piezas. Fue difícil fotografiar todos los ángulos. Esta parte mantendrá la vela debajo del módulo termoeléctrico a una distancia para que la llama no toque la placa de aluminio.

1. Dobla dos partes idénticas para que quepan en la vela.
2. Pega las dos partes juntas

Paso 5: ensamblar (motor)

1. Use una arandela a cada lado de la placa
2. Asegúrese de que los tornillos tengan la longitud correcta (demasiado largos dañarán el motor)
3. Atornille el motor

Las arandelas separarán un poco el motor de la placa y se asegurarán de que no se sobrecaliente más adelante.

Paso 6: Ensamble (Módulo TEG)

Es fundamental utilizar pasta térmica para conseguir una buena transferencia de calor entre las piezas. Usé pasta térmica de alta temperatura (200 ° C) pero "podría" funcionar con pasta térmica de CPU normal. Por lo general, pueden tardar entre 100 y 150 ° C.

1. Asegúrese de que las superficies de la placa, el módulo y el disipador de calor estén limpias de suciedad (debe haber un buen contacto)
2. Aplicar pasta térmica en el "lado caliente" del módulo.
3. Fije el lado caliente del módulo a la placa
4. Aplicar pasta térmica en el "lado frío" del módulo.
5. Coloque el disipador de calor en la parte superior del módulo
6. Coloque resortes para mantener estable el disipador de calor (la alta presión da como resultado una mejor transferencia de calor)

Paso 7: Ensamble (varilla y placa base)

1. Taladre un orificio de 1,5 mm en la varilla (3 mm de profundidad)
2. Fije el eje del motor a la varilla
3. Coloque la varilla en la base de madera

Paso 8: Ensamble (motor, candelero y contrapeso)

1. Conecte los cables del módulo al motor (el soldador es bueno)
2. Coloque el colgador de velas en los mismos clavos a los que están unidos los resortes del disipador de calor.
3. Coloque una vela en la percha
4. Monte el contrapeso e incline la construcción para asegurarse de tener el equilibrio adecuado

Paso 9: final

Tenga en cuenta que el calor de la vela puede dañar su módulo si la especificación tiene una temperatura máxima baja. ¡Incluso el lado frío estará bastante caliente! Otro paso que quizás quieras hacer es preparar el disipador de calor con cinta aislante y llenarlo con agua. ¡Eso asegura que el lado frío nunca supere los 100 ° C! Mi planB era hacer esto, pero no lo necesitaba.

1. Encendió la vela (separada)
2. Coloca la vela
3. Espere 10 segundos y tal vez intente ayudarlo a girar para que comience antes de que el lado frío se sobrecaliente
4. ¡Disfrutar!

Fórmula principal: Energía = Energía + diversión

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

RPM = "revoluciones del motor por minuto" mF () = "fórmula de características del motor" tegP = "potencia del módulo" A = "resistencia del aire + constante de fricción del motor"

tegP = mod (Tdiff) mod () = "fórmula de características del módulo termoeléctrico" Tdiff = "diferencia de temperatura"

Tdiff = disipador (RPM) -fuego (RPM) disipador () = "fórmula de características del disipador de calor basada en la velocidad del aire" fuego () = "fórmula de eficiencia del fuego de la vela basada en la velocidad del aire"

Finalmente: RPM = mF (mod (sink (RPM) -fire (RPM))) - A * (RPM ^ 2) Soluciones alternativas (no dude en hacer sugerencias):

1. Dos módulos y disipadores de calor (simétricamente) a cada lado del motor para obtener más potencia

   Conecte los módulos en paralelo o en serie con el motor (más fuerte frente a más rápido)

2. Use velas estacionarias en el suelo o fijas en la base

   • Tuve que usar 4 velas para tener suficiente energía.
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