Po przeczytaniu materiału "Kręcący się w próżni bączek" wykonałem kilka prób z pojemnikiem, w którym zostało rozrzedzone powietrze. Podejrzewam, że każdy kto widział prezentację opadającego z tą samą prędkością młotka i piórka w próżni, jest zaciekawiony tym efektem mimo że mechanizm zjawiska jest znany. Efekty prób możecie także zobaczyć w postaci krótkiego materiału wideo na końcu tego tekstu. Obniżenie ciśnienia i rozrzedzenie powietrza w pojemniku będzie możliwe dzięki kompresorowi z uszkodzonej lodówki. W pokrywce zostały wykonane otwory przez, przez które zostały przeprowadzone przewody (kynar), połączenie zostało uszczelnione klejem cyjanoakrylowym (CA).
Słoik został połączony z kompresorem wężem gumowym.
Czy tak prymitywny zestaw pozwoli na zauważenie wpływu rozrzedzonego powietrza na pracę szybko obracającego się wrzeciona silnika ?
Uważajcie z próbami próżniowymi, pojemnik może wybuchnąć (a w zasadzie implodować) jak granat odłamkowy pod naporem ciśnienia atmosferycznego. Pojemnik może się także odkształcić uszkadzając zamknięte urządzenie.
Silnik BLDC w "próżni".
W pojemniku nie uzyskamy wysokiej próżni (w zasadzie nie wiadomo jaki stopień rozrzedzenia powietrza udało się uzyskać, gdyż nie mam odpowiednich przyrządów pomiarowych), jednak przekonajmy się czy rozrzedzenie powietrza wpłynie na pracę szybkoobrotowego silnika z drukarki laserowej. Silnik pracując w powietrzu, obraca się z prędkością 34000obr./min generując spory szum.
Czy silnik przyspieszy gdy zredukujemy opory stawiane przez powietrze ?
W pojemniku umieściłem także mikrofon elektretowy, zobaczymy jak zmieni się dźwięk rejestrowany przez mikrofon gdy zniknie większość powietrza w którym rozchodziły się dźwięki. Dźwięk powinien być przenoszony także przez wibracje konstrukcji. Prędkość obrotową zmierzymy czujnikiem optycznym, złożonym z LED i fotodiody.
Każdy obrót wrzeciona, wywołuje sześć błysków odbitego światła. Częstotliwość błysków zmierzymy częstotliwościomierzem. Wynik należy podzielić przez 6 oraz pomnożyć przez 60, aby uzyskać obr.min (w efekcie wystarczy pomnożyć przez 10).
Silnik z drukarki laserowej osiągnął przy obecności normalnego ciśnienia 34 000 obr/min. Po rozrzedzeniu powietrza wrzeciono silnika,
przyspieszyło do 38 000obr/min. Mikrofon umieszczony wewnątrz pojemnika, zarejestrował zmniejszenie poziomu hałasu gdy kompresor odpompowywał powietrze.
Wentylator w "próżni".
Spróbujmy sprawdzić co stanie się, gdy wentylator zacznie pracować w środowisku z ograniczonym oporem stawianym przez powietrze. Wirnik wentylatora znacznie bardziej oddziałuje na otaczające powietrze, różnica w pracy wentylatora po rozrzedzeniu powietrza powinna być znacząca. Porównanie mocy pobieranej przez wentylator w powietrzu oraz po zmniejszeniu ciśnienia pozwoli oszacować ile energii wykorzystywane jest do "przepychania" powietrza (prędkość obrotowa wentylatora w dwóch próbach powinna być taka sama).
Sprawdzany wentylator posiadał wyjście sygnału informującego o prędkości obrotowej, impuls pojawia się dwukrotnie podczas każdego obrotu. Dla określenia prędkości obrotowej podzielimy częstotliwość przez 2 i pomnożymy przez 60 uzyskując obr/min.
Przy obecności normalnego ciśnienia powietrza, częstotliwościomierz pokazuje wartość 159Hz, co daje prędkość obrotową 4770 obr/min.
Wentylator pobiera prąd 69mA przy napięciu 12V co daje moc pobieraną około 828mW.
Po rozrzedzeniu powietrza, wentylator zaczyna obracać się z prędkością 9300 obr/min przyspieszając niemal dwukrotnie, dodatkowo wentylator zaczął wpadać w drgania. Prąd pobierany w rozrzedzonym powietrzu oraz przy napięciu zasilania 12V wynosił 55.8mA, co daje moc około 670mW.
Aby w rozrzedzonym powietrzu uzyskać obroty wentylatora na poziomie 4770 obr/min zmniejszamy napięcie zasilające do 7.6V. Przy napięciu 7.6V pobierany prąd wynosił 38mA, co daje moc około 289mW.
Przy obrotach nominalnych 4770obr/min w normalnej atmosferze pobór prądu wynosił 828mW, w rozrzedzonym powietrzu 289mW.
Czy można szacować, że moc przeznaczona na wywoływanie ruchu powietrza wynosi 539mW (65% całości pobieranej przez wentylator mocy)?
Ciężko powiedzieć, odwzorowanie tej samej prędkości obrotowej w rozrzedzonym powietrzu wymagało obniżenia napięcia zasilającego, być może udało się odtworzyć tarcie łożyska, jednak elektronika pracowała w innych warunkach.
Próżnia wykorzystywana jest np. do zwiększania niezawodności i energooszczędności urządzenia UPS lub zasobnika energii typu flywheel.
Poniżej film prezentujący próby z pojemnikiem i kompresorem lodówkowym:
Jeżeli się dobrze przyjrzycie, można zauważyć odkształcenie pokrywki, pod naporem ciśnienia atmosferycznego.
Czy wykonaliście ciekawe próby związane z próżnią lub na co dzień pracujecie z urządzeniami wykorzystującymi próżnię ?
Fajne? Ranking DIY
