Ornement de rotation thermoélectrique : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Fond:

Il s'agit d'une autre expérience/ornement thermoélectrique où l'ensemble de la construction (bougie, côté chaud, module et côté froid) tourne et se chauffe et se refroidit avec un équilibre parfait entre la puissance de sortie du module, le couple et le régime moteur, l'efficacité de la bougie, le transfert de chaleur, efficacité de refroidissement, débit d'air et friction. Beaucoup de physique se passe ici mais avec une construction très simple. J'espère que ce projet vous plaira !

Voir les vidéos pour le résultat final: Vidéo YouTube 1 Vidéo YouTube 2 Vidéo YouTube 3

Certains autres de mes projets thermoélectriques peuvent être trouvés ici:

Ventilateur thermoélectriqueChargeur de smartphoneLED d'urgenceConcept:

Le cœur de la construction, le module thermoélectrique, est également appelé élément Peltier et lorsque vous l'utilisez comme générateur, cela s'appelle effet Seebeck. Il a un côté chaud et un côté froid. Le module génère de l'énergie pour entraîner un moteur dont l'axe est fixé à la base. Tout va tourner et le flux d'air va refroidir le dissipateur thermique supérieur plus rapidement que la plaque d'aluminium en dessous. Différence de température plus élevée => puissance de sortie augmentée => RPM du moteur augmenté => débit d'air augmenté => différence de température augmentée mais puissance de la bougie diminuée. Comme la bougie suit également la rotation, la chaleur sera moins efficace avec une vitesse accrue et cela équilibrera le RPM pour une belle rotation lente. Il ne peut pas aller trop vite pour éteindre le feu lui-même et il ne peut pas s'arrêter tant que la bougie n'a plus de combustible.

en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Résultat:

Mon plan initial était d'avoir des bougies fixes (voir vidéo) mais j'ai trouvé que cette construction était à la fois plus avancée et amusante. Vous pouvez l'exécuter avec des bougies fixes, mais il en faudra 4 si vous n'utilisez pas deux modules ou une plus grande surface de chauffage en aluminium.

La vitesse est comprise entre 0,25 et 1 tour par seconde. Ni trop lent ni trop vite. Il ne s'arrêtera jamais et le feu brûlera jusqu'à ce que la bougie se vide. Le dissipateur thermique sera assez chaud avec le temps. J'ai utilisé un module TEG à haute température pour cela et je ne peux pas promettre qu'un TEC (module Peltier) moins cher le fera. Veuillez noter que si la température dépasse les spécifications du module, il sera endommagé ! Je ne sais pas comment mesurer la température mais je ne peux pas la toucher avec mes doigts donc je suppose que c'est quelque part entre 50-100C (sur le côté froid).

Étape 1: Matériaux et outils

Matériaux:

• Plaque en aluminium: 140x45x5mm
• Tige en plastique: 60x8mm [à partir d'un store vénitien]
• Moteur électrique: Tamiya 76005 Solar Motor 02 (Mabuchi RF-500TB). [Ebay].
• Module thermoélectrique (TEG à haute température): TEP1-1264-1.5 [de mon autre projet, voir ci-dessous]
• Dissipateur thermique: Aluminium 42x42x30mm (canaux d'air unidirectionnels) [à partir d'un vieil ordinateur]
• 2x vis + 4 rondelles pour moteur: 10x2.5mm (pas sûr du filetage)
• 2x clous pour la fixation du dissipateur thermique: 2x14mm (coupé)
• 2x ressorts pour la fixation du dissipateur de chaleur
• Contrepoids: vis M10 + 2 écrous + 2 rondelles + aimant pour réglage fin
• Pâte thermique: KERATHERM KP92 (10 W/mK, 200C max.) [conrad.fr]
• Fil d'acier: 0.5mm
• Bois (bouleau) (la base finale est de 90x45x25mm)

Spécification TEG:

J'ai acheté le TEP1-1264-1.5 sur https://termo-gen.com/ Testé à 230ºC (côté chaud) et 50ºC (côté froid) avec:

Uoc: 8,7 V Ri: 3Ω U (charge): 4,2 V I (charge): 1,4 A P (correspondance): 5,9 W Chaleur: 8,8 W/cm2 Taille: 40 x 40 mm

Outils:

• Forets: 1,5, 2, 2,5, 6, 8 et 8,5 mm
• Scie à métaux
• Lime (métal+bois)
• Brosse métallique
• Paille de fer
• Tournevis
• Papier abrasif
• (Fer à souder)

Étape 2: Construction (Plaque)

Voir les dessins pour toutes les mesures.

1. Dessinez sur la plaque d'aluminium ou utilisez un gabarit.
2. Utilisez une scie à métaux pour découper la pièce.
3. Utiliser le fichier pour ajuster finement
4. Percez deux trous de 2,5 mm pour le moteur (22 mm entre les deux) plus un trou de 6 mm pour le centre du moteur
5. Percez deux trous de 2 mm à l'emplacement des clous (pour la fixation du dissipateur de chaleur)
6. Percez un trou de 8,5 mm pour le contrepoids (sera fileté comme M10)
7. Finir les surfaces avec une brosse métallique et de la laine

Étape 3: Construction (Base)

J'ai utilisé un bois de chauffage coupé en deux.

1. Utilisez une lime et du papier abrasif avant de le couper (plus facile à fixer)
2. Percez un trou de 8 mm en haut au centre pour la tige (profondeur 20 mm, pas tout au long)
3. Couper la pièce à 90 mm de longueur
4. Finir la surface
5. Utilisez de l'huile ou une teinture à bois pour une belle couleur de surface (j'ai appliqué une teinture à bois foncée après toutes les photographies pour un meilleur aspect)

Étape 4: Construction (cintre de bougie)

C'est la partie la plus délicate je pense. Peut-être plus facile si vous faites cela à la fin lorsque tout est terminé et fonctionne. J'ai utilisé un fil fin pour le plier en utilisant seulement deux morceaux. Il était difficile de photographier sous tous les angles. Cette partie maintiendra la bougie sous le module thermoélectrique à distance afin que la flamme ne touche pas la plaque d'aluminium.

1. Plier deux parties identiques pour ajuster la bougie
2. Collez les deux parties ensemble

Étape 5: Assembler (moteur)

1. Utiliser une rondelle de chaque côté de la plaque
2. Assurez-vous que les vis sont de longueur correcte (une longueur trop longue endommagera le moteur)
3. Visser le moteur

Les rondelles sépareront un peu le moteur de la plaque et feront en sorte qu'il ne surchauffe pas par la suite.

Étape 6: Assembler (module TEG)

C'est une partie critique d'utiliser de la pâte thermique afin d'obtenir un bon transfert de chaleur entre les pièces. J'ai utilisé de la pâte thermique à haute température (200C), mais cela "pourrait" fonctionner avec de la pâte thermique CPU ordinaire. Ils peuvent généralement prendre entre 100-150C.

1. Assurez-vous que les surfaces de la plaque, du module et du dissipateur de chaleur et propres de la saleté (doit être un bon contact)
2. Appliquer de la pâte thermique sur la "côté chaud" du module
3. Fixez le côté chaud du module à la plaque
4. Appliquer de la pâte thermique sur le "côté froid" du module
5. Fixez le dissipateur de chaleur au-dessus du module
6. Fixez des ressorts pour maintenir le dissipateur thermique stable (une pression élevée permet un meilleur transfert de chaleur)

Étape 7: Assembler (tige et plaque de base)

1. Percez un trou de 1,5 mm dans la tige (profondeur 3 mm)
2. Fixez l'axe du moteur à la tige
3. Fixez la tige au bois de base

Étape 8: Assemblez (moteur, bougeoir et contrepoids)

1. Fixez les câbles du module au moteur (le fer à souder est bon)
2. Fixez le support de bougie aux mêmes clous que les ressorts du dissipateur de chaleur sont fixés
3. Placer une bougie dans le cintre
4. Montez le contrepoids et inclinez la construction pour vous assurer d'avoir le bon équilibre

Étape 9: Finale

Veuillez noter que la chaleur de la bougie peut endommager votre module si la spécification a une température maximale basse. Même le côté froid sera assez chaud ! Une autre étape que vous voudrez peut-être faire est de préparer le dissipateur de chaleur avec du ruban isolant et de le remplir d'eau. Cela garantit que le côté froid n'atteindra jamais plus de 100C! Mon planB était de le faire mais je n'en avais pas besoin.

1. Allumez la bougie (détachée)
2. Placer la bougie
3. Attendez 10 secondes et essayez peut-être de l'aider à tourner pour qu'il démarre avant que le côté froid ne surchauffe
4. Prendre plaisir!

Formule principale: Énergie=Énergie+plaisir

Formule détaillée: RPM=mF(tegP)-A*(RPM^2)

RPM="tours du moteur par minute" mF()="formule des caractéristiques du moteur" tegP="puissance du module" A="résistance de l'air + constante de friction du moteur"

tegP=mod(Tdiff) mod()="formule des caractéristiques du module thermoélectrique" Tdiff="différence de température"

Tdiff=sink(RPM)-fire(RPM)sink()="formule des caractéristiques du dissipateur thermique basée sur la vitesse de l'air" fire()="formule d'efficacité du feu de bougie basée sur la vitesse de l'air"

Enfin: RPM=mF(mod(sink(RPM)-fire(RPM)))-A*(RPM^2)Solutions alternatives (n'hésitez pas à faire des suggestions):

1. Deux modules et dissipateurs thermiques (symétriquement) de chaque côté du moteur pour plus de puissance

   Connectez les modules en parallèle ou en série avec le moteur (plus fort vs plus rapide)

2. Utilisez des bougies fixes au sol ou fixées dans la base

   • J'ai dû utiliser 4 bougies pour obtenir une puissance suffisante
   • Voir la vidéo