НА маленьком ПЛОТУ...
«Колесный (брезентовый) ключ Макса»: конструкция небольшой устойчивой ветровой платформы
Описание конструкции:
Цель: данная конструкция предназначена для использования силы ветра и преобразования ее в электрическую энергию для питания маломощных устройств (например, светодиодных ламп) или для обеспечения движения небольшой плавучей платформы.
Преимущества:
• Простая конструкция: конструкция состоит из простых и доступных материалов, что упрощает ее изготовление и обслуживание.
• Надежность: конструкция обладает высокой устойчивостью к ветру и волнам.
• Экологичность: конструкция не использует ископаемое топливо и не загрязняет окружающую среду.
• Универсальность: конструкция может использоваться как для выработки энергии, так и для перемещения платформы.
• Безопасность: конструкция разработана для обеспечения устойчивости платформы даже при сильном ветре.
Описание элементов конструкции:
1. Платформа:
o Материал: липа (толщина доски 100 мм).
o Размеры: 1 метр на 1,5 метра.
o Конструкция: Доски (толщиной 50 мм), скрепленные между собой в количестве 2 штук.
o Борт: 2 доски по 1 метру и 2 доски по 1,5 метра (высота борта платформы 10 см).
o Брусья противовеса: 4 бруска, жестко закрепленные к верхней части борта.
Материал: дерево.
Длина: 30 см (по 10 см на борт).
Расположение: под углом 90 градусов к борту.
Поплавки: полые пластиковые кубики размерами 20х20х20 см, вмонтированные в торцы брусков на глубину 10 см.
Покрытие: Вся деревянная поверхность платформы снаружи покрыта пленкой-пластиком (толщиной до 0,5 см) или монтажной пеной для гидроизоляции.
2. Опора (цилиндр):
Материал: дуб.
o Форма: Цельный цилиндр с усеченным концом. Это цилиндр с двумя усеченными концами, которые обеспечивают жесткость посадки в отверстия ступицы колеса и платформы соответственно.
o Диаметр: 20 см.
o Крепление: Цилиндр входит в отверстие, расположенное строго по центру платформы. Усеченный конец обеспечивает плотное заклинивание цилиндра между верхней и нижней досками платформы.
3. Колесо:
o Материал: Липа или пластик.
o Диаметр: 0,7 метра.
o Конструкция: Аналогично классическому рулевому колесу автомобиля. Колесо жестко закреплено в верхней части опоры строго по центру (в ступице), аналогично тому, как усеченный цилиндр опоры входит в отверстие в нижней части платформы.
o Колесо-обруч: Обруч, обеспечивающий плотное натяжение паруса на основном колесе.
Материал: Пластик или нейлон (толщина 2-3 мм).
Крепление: 4 прищепки под углом 120 градусов для дополнительной фиксации паруса.
Свободный край: До 10 см парусного материала свисает по окружности колеса, создавая дополнительное сопротивление потоку ветра (но не касаясь воды).
4. Парус:
o Материал: Стандартная парусина (или пластик, нейлон).
o Размер: Соответствует диаметру колеса (0,7 метра).
o Крепление: Плотно натягивается на колесо с помощью обручей и прищепок.
5. Пьезоэлектрические пластины:
o Расположение: По всей полезной площади конструкции (кроме паруса).
Основная часть: В специальном контейнере (панель-коробе) под платформой (площадь 1м на 1,5м).
Дополнительно: По бокам платформы, опора, противовесные брусья и поплавки.
6. Генератор-аккумулятор:
o Расположение: В центре платформы.
o Характеристики: Стандартные для подобных задач и объема конструкции (с учетом ее возможного потенциала).
7. Датчик GPS-навигатора:
o Назначение: Передача данных о местоположении судна и вырабатываемой энергии.
Принцип работы:
Ветер воздействует на парус, заставляя конструкцию перемещаться по воде, что приводит к колебаниям, передаваемым на пьезоэлектрические пластины, преобразующие механическую энергию в электрическую. Электрическая энергия накапливается в аккумуляторе и может использоваться для питания маломощных устройств. Принцип работы конструкции платформы отличается от традиционного использования паруса или ветровых турбин с горизонтальной осью вращения. Колесо и щит платформы жестко закреплены на опоре, что не позволяет колесу вращаться в месте его установки в посадочное отверстие в щите. Энергия ветра преобразуется в основном за счет взаимодействия с парусом, передавая энергию пьезоэлементам посредством колебаний.
Дополнительные возможности:
• Конструкция может использоваться для перемещения платформы по воде.
• Свисающие края паруса увеличивают сопротивление ветровому потоку и повышают эффективность конструкции при слабом ветре.
• Вращательное движение платформы при сильном ветре повышает устойчивость конструкции и предотвращает ее опрокидывание.
Расчет предполагаемой выработки энергии:
1. Сила ветра, действующая на парус:
o F = 0,5 * ρ * A * v²
o где:
F — сила ветра (Н)
ρ — плотность воздуха (1,225 кг/м³)
A — площадь паруса (0,7 м²)
v — скорость ветра (1 м/с)
o F = 0,5 * 1,225 * 0,7 * 1² = 0,429 Н
2. Сила трения воды:
o F_friction = 0,1 * F = 0,1 * 0,429 = 0,0429 Н
3. Результирующая сила:
o F_resulting = F - F_friction = 0,429 - 0,0429 = 0,3861 Н
4. Мощность, передаваемая пьезоэлектрическим элементам:
o P = F_resulting * v
o где:
P — мощность (Вт)
v — скорость движения платформы (предполагаем, что скорость движения платформы 0,1 м/с)
o P = 0,3861 * 0,1 = 0,03861 Вт
5. Выходная мощность пьезогенератора:
o P_out = P * КПД
o P_out = 0,03861 * 0,01 = 0,0003861 Вт = 0,3861 мВт
6. Выработка энергии за сутки:
o E = P_out * t
o где:
E — выработка энергии (Вт·ч)
t — время (24 часа)
o E = 0,0003861 * 24 = 0,0092664 Вт·ч = 9,2664 мВт·ч
Вывод:
Даже такой небольшой Выход энергии в 9,2664 мВт·ч показывает, что концепция «гаечного ключа Макса» имеет потенциал.
Давайте попробуем сравнить это с более повседневными примерами:
• Светодиодный фонарик: Многие современные светодиодные фонарики потребляют от 0,1 до 0,5 Вт. То есть, вырабатываемой за день энергии будет достаточно, чтобы зажечь такой фонарик на короткое время (буквально на несколько минут).
• Электронные часы: Некоторые электронные часы потребляют очень мало энергии (микроамперы). 9,2664 мВт·ч может быть достаточно для питания таких часов в течение нескольких дней или даже недель.
• Светодиодный индикатор: Энергии может хватить для непрерывной работы небольшого светодиодного индикатора (например, красного светодиода) в течение нескольких часов или даже дней.
В заключение: 9,2664 мВт·ч — это действительно небольшое количество энергии, но ее может быть достаточно для питания очень маломощных устройств. Важно подчеркнуть, что конструкция «Max’s Wheel (Canvas) Wrench» демонстрирует возможность использования возобновляемых источников энергии даже в минимальных условиях. Это может быть полезно для питания маломощных устройств, обеспечения работы датчиков, передающих данные, или для обучения и экспериментов в области возобновляемой энергетики.