Fornybar energi. 1 Ocean Space explorer. Fornybar energi. Ocean space explorer

Transkript

1 1 Ocean Space explorer

2 2 DEL 2 IDÉUTVIKLING OG PRODUKSJON Vedlagt vil du finne en bruksanvisning på hvordan du kan lage en vind- og vannturbin. Vi foreslår at du FØRST studerer vind og vannturbiner: Hva slags materiale er de laget av? Hvordan fungerer de? Hvordan kan vi gjøre bevegelsen i vinden eller vannet om til kraft, til elektrisk strøm? Hvor mange blader pleier vindturbinene å ha? (Dette spørsmålet er viktig å studere! Og hvis du synes det er vanskelig å forstå hva som skaper strøm, så vil det bli lettere å forstå etter at du har laget din egen turbin. Pass på at du lager den selv. Ikke stå bak og la andre lage den for deg! Husk: Kunnskap er makt!)

3 VIND OG VANN-kraftverk: 3 Kort innledning om fremgangsmåten En vind- eller vannturbin kan sies å bestå av to deler; generatorern og en rondell (et nav) påmontert vindturbinblader eller skovler. Vi monterer generatoren - dvs det som gjør bevegelse om til strøm på en plate (treplanke eller finérplate). I tillegg monterer vi noen små lyspærer slik at vi kan se effektene av bevegelsen (=kraft). Så fester vi en rondell med vindturbinblader eller med skovler. 1) Generatorplanken NB! Fullstendig behovsliste finner du på side 8 Du trenger (fra rondellen med skovlene og mot høyre): En planke eller finérplate, ca cm bred og 60 cm lang 2 fotlagre med skruer 1 gjengestang, 10mm (som går fra navet med vindbladene gjennom fotlagrene og til generatoren) 1 generator som gjør om bevegelsen til kraft (energi) 1 fleksibel kobling (=stykke gummislange som kobler gjengestang og generator) 2 treklosser som holder generatoren på plass (den kan riste mye hvis vinden får godt tak i bladene) 2 ledninger fra generator (til lyspæreholderne) 1 eller flere lyspæreholdere (og flere små lommelyktpærer. Dette er 1 W pærer) Husk også skruer og muttere til å feste de ulike delene og noen spiker.

4 4 2) Rondell med vindturbinblader Et kloakkrør er et billig og godt materiale til vindturbinbladene. Bruk vedlagte mal og tegn opp tre blader og skjær dem ut. Disse festes på rondellen (navet) 3) Rondell med vannskovler Vanlig dessertskjeer kan brukes som billige skovler til vannturbinen. Kutt av skaftet med en baugfil og fest dem i rondellen. Pass på at de ikke plasseres for tett slik at vannstrålen kan treffe hver enkelt av skjeene.

5 Material behov 5 Generatorplanke 1 finérplate eller bred planke (15-20 cm bred, cm lang) To småstykker av tre, en til hver side av generatoren 1 generator 2 fotlagre 1 gjengestang M10 x 1000 (trenger ca 250 mm) 4 mutterskruer M6 x 40 mm skruer, 2-3 mm, 10 mm lange («treskruer») 2 muttere M10 Spikre, 3 mm tykke Lyspæreholder/e med lommelyktlyspærer 1-10W 1 fleksibel kobling (= armert gummislange): 40 mm pr stk med innvendig diameter 9 mm 4 treskruer 2,5 mm x 4mm Materialer til et vannkraftverk 2 stykker runde trestykker som nav (til vindturbinbladene og til vannskovlene) 10 cm omkrets, 3 cm bredt, dvs Ø100 x 30 mm 8 skjeer av stål (is-skjeer) til vannkraftverk Materialer til et vindkraftverk Kloakkrør (markavløpsrør) 110 mm diameter, cm lengde = 3 vindturbinvinger Verktøy: Drill med innfesting for bor-tange Ø 12 Bor Ø 2.5, Ø 6, Ø10. mm. Kjernebor Ø100 for nav-rondeller. Elektrisk vippesag med blad for fiber og plast. Grov fil for plast Sandpapir nr 60. Baufil for kutting av skjeenes skaft og av div spiker/skruer. Hammer 2 stk skiftenøkler til M6- M10 mutter/skrue. Stjernetrekkere for treskruer (skrujern for valgte treskruer). Sekskant innstikknøkkel 1 mm, for fotlager/aksel fiksering. (3 stk, lett å miste) Snekkertvinge for feste av fundament til bord /stativ.

6 Fremgangsmåte 6 For å lage et vind- eller vannkraftverk, må du først montere genratoren, dvs. det som gjør om bevegelse til strøm. I tillegg monterer vi noen små lyspærer slik at vi kan se effektene av bevegelsen (=kraft). 1) «Generatorplanken» Du trenger (fra rondellen med skovlene og mot høyre): En planke eller finérplate, ca cm bred og 60 cm lang 2 fotlagre med skruer 1 gjengestang (som går fra navet med vindbladene gjennom fotlagrene og til generatoren) 1 generator som gjør om bevegelsen til kraft (energi) 1 fleksibel kobling (=stykke gummislange som kobler gjengestang og generator) 2 treklosser som holder generatoren på plass (den kan riste mye hvis vinden får godt tak i bladene) 2 ledninger fra generator (til lyspæreholderne) 1 eller flere lyspæreholdere (og flere små lommelyktpærer. Det er 1 W pærer) Husk også skruer og muttere til å feste de ulike delene og noen spiker.

7 7 2) Vindbladene Start med et kloakkrør; Bruk malen som følger dette opplegget og tegn opp blad for blad med en sprittusj. Skjær ut tre blader. En elektrisk vippesag med et fintakket blad er fin å bruke: Men IKKE bruk motorsag! Det blir bare tull! X

8 8 OBS: For å få en vridning i tupp, forskyv malen i mm til siden for på røret. Da vil også en buet kant mot vinden rotasjonsmoment. bladenes tuppen ca. 20 senterlinjen bladtuppen få og gi Bruk kniv for å finskjære bladene og en grov fil for å file og pusse litt på kantene Navet Navet, eller av tre som bladene på, bør være 10 cm i 3 cm tykke. rondellen skal festes diameter og

9 9 Del navet inn i 3 deler. (De to hullene du ser på bildet, representerer et hull for gjengestangen og et «sidehull» for en måler dette navet fikk påmontert, det trenger ikke du tenke på her) Fest hvert vindblad med to skruer. Pass på at bladene har samme avstand før du skrur til skruene Fest så vindbladnavet til «generatorplanken» ved å feste det til gjengestangen med en mutter.

10 10 Vindkraftverket prøves: En gardintrapp er en god base for en vindkraftverk. Bruk gjerne en snekkertvinge for å feste den. (og prøv vindkraftverket på en dag med litt vind)

11 Fra vind- til VANN-kraftverk: Ta av navet med vind-bladene noen rimelige dessertskjeer av 11 og finn frem stål. Bruk en baugfil og skjær av skaftet på skjeene (vi anbefaler 8 stk, men det kan elevene ev. eksperimentere seg fram til selv) Finn frem et nytt nav (en rondell av tre som har samme størrelse som vindkraftverket). Del navet inn i 8 deler (anbefales). Mål nøyaktig. Borr hull til skjeene. Hvis hullene blir litt store, kan man fylle ut hullet med noe annet. Her har vi brukt tynne lange skruer som vi kuttet av hodene på.

12 12 Skovlene (skjeene) må ikke dekke mer for hverandre enn at vannstrålen treffer midt på hver skovle før neste skovle tar vannstrålen. En vannslange kan brukes til å teste kraftverket. Dette bildet er tatt med ¼ 1000dels sekund hastighet og i motsetning til ved vindkraft, var kraften i vannstrålen så stor at de to 1-watts lyspærene røk umiddelbart.

13 Vedlegg A 13 Om vårt vindkraftverk: Det er viktig å feste vindmøllen vår godt til ett bord eller stativ. Det er reelle krefter som kan oppstå når selv en bris (ca. 5 m/s) driver turbinen vår rundt. Vår vindturbin har vinger som gir den en diameter på ca 1,3m. Den er så stor vi tør å lage den uten at den blir uhåndterlig og uten at den skal kunne skade noen når vingene løper rundt. I sterk vind (storm) må selv kjempevindturbiner bremses ned og stenges av fordi kreftene blir så store at både konstruksjonen og generatorene kan bryte sammen og havarere. Når det ikke blåser, kan den heller ikke produsere strøm selvfølgelig. Ikke prøv vår vindturbin hvis det blåser mer enn lett til frisk bris. Da kan dere miste kontroll over den. Prøv vindturbinen uten å koble ledninger til lyspærene, da er den lettest å få til å gå rundt i vinden. Sett i en lyspære på 20 w og koble til ledninger som kommer fra generatoren og kople til ledningen fra generatoren til lyspæreholderen. Gir den lite eller ikke noe lys prøver dere en 5 w pære, gir den også lite lys setter dere i 1 w pære, men da må dere passe på så ikke pæren får for mye strøm og smelter glødetråden inne i pæra. Det går an å finne hvor mye energi (strøm) generatoren pumper inn i ledningene ved å kople flere pærer parallelt etter hverandre på fundamentplata. Alle pærene må koples til ledninger fra generatoren. Tell opp hvor mange w dere får. Klarer den 5 w er det bra, får dere ut mer har dere en særdeles god turbin! Ble det lite energi av vindmøllen? Husk at sammenliknet med vannturbiner er tettheten (vekt pr liter) ca 1:1000. En liter luft veier ett gram (1 g) og en liter vann veier 1000g = 1 kg. Dette forholdet preger også hvor mye energi det er tilgjengelig i luft og vann. Altså må vi ha kolossalt mye større eller mange vindturbiner for å få samme effekt (w) som en alminnelig stor vannturbin.

14 Vedlegg B 14 Om vannturbiner og vår turbin spesielt: Vannturbinen vår er en tilnærmet Peltonturbin. En slik turbin utnytter vann som spruter med stor hastighet mot skovlen (bevegelsesenergi). Hastigheten oppstår når trykket i slangen og vannrørene slippes løs i samme øyeblikk vannet forlater strålemunnstykket og slipper fri ut i luften. Trykket blir omgjort til hastighet. Det er en proporsjonalitet mellom trykk og hastighet. Vi kan rette strålemunnstykket rett opp i luften (pass på så du ikke får vannet i hodet når det faller ned). Dersom du klarer å måle hvor høyt vannet kommer får du et måletall som vi kaller trykkhøyde. Dersom vi slapp vannet fra denne høyden ville det få samme hastighet som vårt vann har ut fra strålemunnstykket. Vi kan regne det ut ved å bruke formelen: v =, hvor g = 9,81 m/s (gravitasjonskonstanten, hvor mye hastigheten øker for hvert sekund en gjenstand faller mot bakken) og h = høyden vi har målt i meter på vannstrålen vi retter opp i luften. Jeg bruker hastighet og ikke fart om vannets bevegelse. Fart har sykkelen din når den slingrer seg fram på veien eller sykkelstien. Den snor seg fram i mange retninger. Hastighet har en retning (rett fram) som vi kjenner. Vi vet at vannet skal treffe is-skjeene og ordet fart kan vi bruke når vannet får fart i alle retninger og ikke har noen hastighet lenger. Vår is-skje turbin er resultat av kompromisser. Vi skal lage den selv, og den skal ikke koste mye. Min erfaring med den er at den er god nok. Vi skal oppleve at den er ganske god, kanskje så god at vi produserer så mye og kraftig strøm at lyspærene våre smelter med et iltert lysglimt! Pass på at skjeene sitter godt fast. Sett skruer eller spiker ned langs skjehåndtakene og prøv om de sitter.

15 Vedlegg C 15 Om å skape strøm: Generatoren vår er klart den mest kompliserte og dyreste komponenten vi bruker. Den har vi valgt å kjøpe ferdig. Vi ser på den som en pumpe. Den pumper elektroner og da kaller vi den en strømgenerator eller dynamo. Den lager et trykk som må til for å dytte elektronene i ledningene fram til lyspærene våre. Lyspæren har en svært tynn ledning inne i glasset som elektronene trykkes motvillig igjennom. Da blir det trangt og varmt og pæren gløder og lyser. (eller smelter!). Elektronene ligger som en bi-sverm tett utenfor kjernen av atomene. Metallatomer (kobberledningene) har masse elektroner og klarer ikke holde på dem når de blir utsatt for trykket i generatoren. Dette trykket kaller vi spenning og måler det i volt (V). Elektronstrømmen kaller vi strøm og måler den i amper, som er et navn for en bestemt mengde elektroner som blir pumpet gjennom ledningen pr sekund. Magneter er viktige i generatorer. Det viser seg at vi kan flytte elektroner med magneter. Inne i generatoren plasseres magneter slik at når de roterer vil magnetfeltet treffe kopperatomer og dytte elektronene deres slik at de blir flyttet fram i ledningen. Der dytter de så fram elektroner som de støter på og slik blir det strøm i hele ledningen: gjennom tråden i lyspæren og tilbake til generatoren hvor de får en ny dytt. Inne i ledningene er det tett med kopperatomer, og de er fulle av elektroner hele veien. Test dette ved å dreie turbinen uten at ledningene er koplet til lyspærene. Gjør så det samme etter at ledningene koples til hverandre uten noen lyspære. Det skal være mye tyngre å dreie rundt når ledningene er satt sammen enn når de ikke er koplet til noe. Motstanden vi kjenner, kommer av at elektronene lager magnetfelt de også! Elektronenes magnetfelt er større jo mer strøm som strømmer i ledningene. Denne magnetismen har kraften sin i motsatt retning av kraften i generatorens magneter. Jo mer strøm, jo mer motkraft vil du kjenne når du dreier turbinen.

16 Hvis spenningen i vår strømkrets (ledningene) er mer enn volt kan vi kjenne det som stikk i fingrene hvis vi lar strømmen gå gjennom en av våre fingertupper. 16 Spenningen i ledningene som er i husene vi bor i, er ca 230 volt. Det er så stor spenning at hvis strømmen blir trykket gjennom fingre eller kropp hos mennesker, vil det bli laget så stor varmeutvikling i oss at vi skades kraftig og risikerer å dø akkurat som lyspærene gjorde da vi ga dem for mye strøm og spenning.