Thermische Pomp Groep 27

Onze groep (Daniel, Kevin en Kjeld) hebben een thermische pomp gebouwd die temperatuurverschillen omzet in mechanische beweging, als onderdeel van het eerstejaarsvak DEF (Design Engineering by Physicists).

In ons ontwerp wordt een afgesloten cilinder (gevuld met lucht) verwarmd, waardoor de interne druk toeneemt. Deze druk duwt tegen een membraan die duwt tegen een wateroppervlak en dit duwt weer de piston vooruit. Het water gebruiken we om het oppervlak waar de kracht op werkt te verkleinen. De verplaatsing van de piston vormt een zichtbaar en meetbaar gevolg van de aangevoerde thermische energie.

Het systeem toont op een eenvoudige manier aan hoe gasuitzetting door warmte kan worden ingezet om beweging op te wekken.

Materialen:

· 2 lege soep- of knakworstblikken

· 2 standaard latex ballonnen

· 2 3D-geprinte conische overgangsstukken

· 1 plexiglas buis (1 meter lang, Ø 1 cm)

· 1 teflon schijf (zuiger) passend bij de buis

· Warm lijmpistool + lijmpatronen (minimaal 3 lijmpatronen)

· Water (ongeveer 300 ml)

· (Optioneel) WD40-spray

· Multiplex of MDF (3 mm dik, minimaal A4-formaat) (optioneel)

· Houtlijm (optioneel)

Gereedschap:

· Schaar

· Lijmpistool

· Heatgun

· Vijl of schuurpapier

· 3D-printer + programma

· Draaibank (optioneel)

· zaag

· Trechter (voor water vullen – aanbevolen)

· Lasersnijder

· Ontwerpsoftware (zoals Inkscape )

Neem twee standaard soep- of knakworstblikken uit de supermarkt. Maak ze grondig schoon en verwijder één van beide uiteinden volledig. Zorg dat er geen scherpe randen achterblijven aan de open zijde (gebruik eventueel een vijl of schuurpapier).

Knip de hals van een standaard latex ballon af, zodat de ballon strak over het open uiteinde van het blik gespannen kan worden. Let op: zorg dat er geen scherpe randen zijn die de ballon kunnen beschadigen. Herhaal dit proces voor beide blikken — we hebben twee cilinders met membraan nodig.

Print twee conische adapters met een 3D-printer. Deze vormen zorgen voor een geschikt oppervlakte overgang tussen de cilinders en de plexiglas buis. Zorg dat ze goed aansluiten op zowel het blik als de buis.

Snijd of zaag een plexiglas buis op maat: 0.5 meter lang, met een binnendiameter van 1 cm. Draai een schijf van teflon zodat deze perfect in de plexiglas buis past. De zuiger moet zo goed mogelijk aansluiten, zodat er minimale speling is, maar mag niet klem zitten.

Wij gebruikten hiervoor een draaibank. Controleer of de teflon zuiger er strak maar soepel doorheen kan bewegen.

(Optioneel: Neem de kleinste ronde magneet die je kunt vinden. Boor aan de zijkant van de teflon piston een gat waar de magneet precies in past. Lijm deze in het gat. Dit is zodat, mocht het gebeuren dat de zuiger niet mooi in het midden terugkeert, je de zuiger weer handmatig vanaf de buitenkant kunt verplaatsen)

· Ontwerp een eenvoudige standaard in bijvoorbeeld Inkscape , bestaande uit:

Vier eenvoudige staanplaten

· Lasersnij het ontwerp uit 3 mm multiplex of MDF.

· Monteer het statief met houtlijm. Zorg dat de uitsparing in de zijpanelen exact overeenkomt met de diameter van de cilinders.

Nu is je project veilig en stabiel neergezet.

· Lijm de eerste conische 3D-print op één van de cilinders met membraan met een lijmpistool. (zorg dat je bij het lijmen tijdens dit project genoeg lijm gebruikt het moet waterdicht zijn)

· Plaats en lijm vervolgens de plexiglas buis op deze conus.

· Optioneel: smeer de binnenkant van de buis lichtjes in met WD40 om de wrijving te verlagen (niet noodzakelijk bij teflon, dat is zelf-smerend).

· Vul nu de buis voorzichtig met water tot ongeveer de helft van de buislengte.

· Plaats de teflon zuiger in de buis, zodat deze rust op het wateroppervlak.

(duw de teflon zuiger zo nodig aan met een lange stok of als er een magneet is bevestigd aan de zuiger, gebruik een grotere magneet vanaf de buitenkant om de zuiger naar beneden te trekken.)

· Bevestig en lijm de tweede conische 3D-print op de bovenkant van de buis.

· Vul het resterende volume volledig met water, inclusief de conus, om zo min mogelijk lucht in het systeem over te houden.

· Bevestig de tweede cilinder met membraan aan de bovenste conus. Zorg ook hier voor een goede, waterdichte verlijming