Groep 37 - Pelton Turbine, Van Potentiële Energie Naar Elektrische Energie

Voor ons DEF- eindproject kregen we de opdracht om een ontwerp te bedenken dat een energieomzetting zichtbaar maakt. Ons ontwerp is een opstelling waarbij de potentiële energie van water wordt omgezet in kinetische energie, en uiteindelijk in elektrische energie, waarmee we een LED lampje laten branden.

We hebben een zogenaamde "Pelton-turbine" ge-3D-print en gekoppeld aan een dynamo. Het geheel wordt aangedreven door water dat via een PVC-constructie met een hoogteverschil op de turbine wordt gespoten.

In deze instructable leggen we uit hoe we dit systeem gebouwd hebben, welke materialen nodig zijn, en hoe je het zelf kunt namaken.

Benodigdheden

1. 3D-geprinte Pelton-turbine
2. STL-bestand
3. Een dynamo die gemakkelijk draait
4. LED-lampje
5. Bedrading
6. PVC-buizen:
7. 2x 90° bocht, diameter 5 cm
8. 2x 1 meter recht stuk, diameter 5 cm
9. Wij hebben PVC-koppelingen gebruikt om de as van de turbine aan de dynamo te koppelen, omdat de dynamo niet direct in de as van de turbine paste.
10. Emmer/bak of waterreservoir
11. Nozzle
12. PVC lijm of ducttape
13. Water

De turbine is ontworpen voor 3D-printen. Wij hebben de turbine geprint met PLA.

Download het STL-bestand en open de bestanden in Ultimaker Cura en printen maar!

Wij hebben 13 buckets en 1 maal de as geprint. Je kan maximaal 26 buckets printen, zoveel gaten zitten namelijk op het ontwerp.

Haal de 'brims' van de geprinte onderdelen af (dit zijn de extra stukjes aan de onderkant van elk onderdeel. Deze worden gegenereerd zodat je je print gemakkelijk van de plaat af kan halen zonder een belangrijk deel te beschadigen) en bevestig de buckets aan het wiel vast. Wij hebben dit gedaan door eerst spijkertjes door de gaten te doen om de buckets in de plaats te houden, en vervolgens (meer dan genoeg) hete lijm met het lijmpistool toe te voegen. Het ziet er misschien niet zo mooi uit, maar het belangrijkste is dat de buckets nu stevig vastzitten, ze moeten tegen een redelijke waterdruk kunnen!

De PVC opstelling is opgebouwd uit een bak/emmer op hoogte, een verticale aanvoer (omhoog) en een neerwaarts stuk PVC dat uitkomt net boven de turbine.

Meet de hoogte van de bak. Zaag een van de 2 rechte stukken PVC zo af dat deze net boven de bak uitkomt. Dit stuk noemen we de aanvoer. Op deze manier wordt zoveel mogelijk water uit de bak gebruikt.

Monteer nu de 2 90 graden hoeken aan de aanvoer vast, zodat de tweede hoek recht naar beneden wijst. Bevestig het andere lange stuk nu aan deze hoek.

Voeg aan het uiteinde een nozzle toe voor drukverhoging. Een nozzle is een vernauwing aan het uiteinde van de buis, dit zorgt ervoor dat het water er met een hogere druk uitschiet, en op een geconcentreerder oppervlak terechtkomt, zodat de turbine nog harder zal draaien!

Belangrijk!!

Om het systeem te starten vul je het verticale stuk van de PVC-buis met water. Dit doe je door het onderste deel van de buis tijdelijk om te draaien, te vullen, en weer rechtop te zetten. Hierdoor ontstaat een drukverschil dat water uit de emmer aanzuigt.

Monteer de turbine op de dynamo-as, of verbind ze via een overbrenging (wij hebben dit gedaan met gevonden stukjes PVC uit de makerspace, die toevallig perfect paste!. Zorg dat de overbrenging soepel draait.

Sluit de uitgangen van de dynamo aan op een LED

Test of de LED oplicht bij rotatie

De Pelton turbine is speciaal ontworpen zodat het water wat er in gaat, zo snel mogelijk er weer uit gaat. Dit doet hij door de scherpe rand in het midden van een bucket, die ervoor zorgt dat het water als het ware wordt gespleten, en door de hoeken van de bak, wordt het water er gelijk weer uitgeduwd. Toen we het gingen testen, deed het ons denken aan een hele vervelende lepel, we moeten dus zorgen dat de elektronica niet nat wordt!

Om dit te doen hebben we, heel simpel, een gat gemaakt in een stuk resthout uit de Makerspace, en door het dat de dynamo gemonteerd.

Dit spatscherm hebben we gelijk gebruikt als ophanging voor de turbine-opstelling, zodat deze kan blijven staan.

Zoek een plek waarop je de waterbak hoog kan neerzetten. Zet de turbine-opstelling op de grond en mik de nozzle op de turbine. Test een paar keer met een beetje water of de hoek goed is en pas zo nodig aan.

Als je een goede hoek gevonden hebt; testen!

Vul de bak nu helemaal met water, doe de bekende draai-truc en aanschouw je prachtige creatie, en een fel brandend led lampje!