Kulturkafé del 2

Carl Wigart och Albin Brette har som 100-poängs projekt valt att tillverka en elgitarr. Ritningen till gitarren har de hittat på internet, men de har på egen hand kommit fram till hur den skulle tillverkas och i vilket material. Gitarren är till större delen utförd i trä, diverse elektriska komponenter har de köpt i butik. Carl och Albins projekt är inte lika teoretiskt som vårt projekt (framförallt med tanke på att de inte forskat fram gitarrens utseende), men likt vårt projekt präglades deras av många timmars konstruktion. En avgörande skillnad finns emellertid även här; Carl och Albin ägde få av de verktyg som de behövde för att tillverka sin gitarr. Tack vare Jakobs välutrustade garage saknade vi sällan verktyg och elektriska komponenter, exempelvis hade vi tillgång till fräs och bandsåg, något som Albin och Carl var tvungna att låna i träslöjdsalarna i Samskolan och i Mörbyskolan.

Precis som vi har Carl och Albin haft ont om tid under slutet av projektperioden, och även i deras fall handlade det om att oförutsedda problem. Deras gitarr är därför inte helt färdigställd, men kommer dock att vara det inom några veckor. Deras projekt är spännande på så vis, eftersom de kommer ha en konkret användning av sin slutprodukt. Vid sidan av vår kärlek för den, så är vår vindturbin trots allt inte särskilt användbar.

Om man skulle lyfta fram en svaghet med Carl och Albins projekt, så är det att deras projekt inte vilar på en stark vetenskaplig grund. Mer än något annat har de sysslat med konstruktion, och fastän denna (likt vår) bitvis präglats av problemlösning, har de inte varit tvungna att forska fram och analysera hur man bäst konstruerar en gitarr. Exempelvis hade deras projekt gynnats om de ägnat mer tid åt att jämföra olika utformningar och på sätt tagit fram den bästa utformningen på en elgitarr.

 

Kulturkafé del 1

Markus Aarflots projekt som solelproduktion handlar om en undersökning som ska ta reda på om man kan tjäna pengar på att bygga en solcells anläggning i Sverige som ska sälja el. Han tar upp och diskuterar en hel del faktorer som måste övervägas innan man kan göra en ekonomisk analys på projektet. För att lära sig om solceller och tillhörande områden för en solcellsanläggning har han besökt företag och andra personer som jobbar med detta i Sverige. Arbetet som han har skrivit är intressant och fördjupande läsning. Fördelar med hans arbete är att han har varit relativt aktiv i bloggandet, inte lika intensivt och analyserande som vår vindturbin, men ändå tillräckligt för att få insikt i tankegången. Han har också ansträngt sig för att ha en ordentlig kunskap om solceller för att kunna producera ett så bra resultat som möjligt. Generella nackdelar är att det är han har valt att göra är för mycket för ett 100 poängsprojekt. Han får därför svårt att uppnå samma nivå som man borde förvänta sig av en liknande rapport eftersom han omöjligt kan komma till samma slutsatser som en professionell rapport. Utöver det är de ekonomiska kalkylerna ganska svårföljda, men man förstår hans tankegång och lyckas ändå följa med till resultatet. Likheterna med vårt arbete är att de båda har producerats i rätt tid för miljövänlig energi, men vi har valt två olika utgånglägen på det. Det är våra två utgångslägen visar på skillnaderna i projekten, han har gjort en akademisk undersökning med teoretiska kalkyler för att komma fram till resultat och vi har istället praktiskt undersökt vad som fungerar bäst och sedan eftersträvat att bygga den så effektiv som möjligt.

 

En färdig vindturbin

En i stort sett färdig turbin med bara mindre justeringar som återstår

Sammanställning av vindturbin

Idag kommer vi äntligen genomföra de sista finjusteringarna på turbinen, innan den slutligen färdigställs. Spolplattan tillverkades i onsdags, vilket innebär att det enda som återstår att göra idag är att koppla ihop den med vårt system av likriktare, och därefter skruva samman alla turbinens delar. Det återstår sedan bara att se huruvida vindturbinen faktiskt genererar de mängder ström vi hoppats på.

Vi genomförde lite tester i onsdags med spolplattan och en ensam spole, och kom med hjälp av resultatet från det testet fram till att vi med nio spolar borde komma upp i ca 10 watt. För att testa slutprodukten, ämnar vi bland annat att spänna fast turbinen på ett biltak och testa effektiviteten vid olika ”vindhastigheter”, ungefär på samma sätt som när vi testade vår prototyp i november. Innan vi kan genomföra detta test måste vi emellertid utarbeta ett system, mycket säkrare än det tidigare, för hur vi ska spänna fast vår turbin vid biltaket utan att det medför avsevärda risker. Helst hade vi velat testa turbinen på hustak där vi faktiskt avser att den ska verka, men eftersom vinterklimat fortfarande råder och mängden vind är relativt liten, är vi begränsade till denna sorts ”osäkra” tester.

 

Slutfas av konstruktion

Vi börjar nu närma oss ljuset i slutet av tunneln. Ett av de problem vi haft under den senaste tiden, nämligen var vi skulle få tag på en gängad aluminiumaxel med rätt dimensioner, har löst sig. Genom personliga kontakter lyckades vi få tag på en som dessutom var gratis. Ett annat problem vi tidigare stått inför var att gängningen på den cykelpedal vi köpt var väldigt ovanlig och därför svår att anpassa resten av vindturbinen efter. Vi löste det problemet genom att helt enkelt köpa en ny pedal.
Under dagen har vi inhandlat ytterligare material och fortsatt med konstruktionen (som nu närmar sig sitt slutskede). Vi har också börjat balansera pedalen och axeln för att förhindra att turbinen vobblar när den roterar.
Det börjar bli aktuellt att fundera över hur vi ska fästa den färdiga vindturbinen i marken och därför har vi börjat skissera på lösningar över hur det kan göras. En annan fas av projektet som närmar sig är kopplingen av den krets som sammanbinder turbinen med det mopedbatteri som vi ämnar använda. En generator av det slag som vi valt att bygga generar växelström, men ett batteri kräver likström för att laddas upp. Det gör att vi måste koppla ihop en krets i vilken likriktare gör så att växelströmmen omvandlas till likström. Vad gäller kretsen så har det framkommit att det sätt vi tänkt sammankoppla generatorns spolar på (parallellkoppling) har vissa nackdelar. Det systemet kräver att alla spolar är identiskt tjocka, något som vi inte lyckats göra på grund av att vi lindade dem manuellt. Detta problem har gjort att vi bestämt oss för att istället seriekoppla spolarna. Genom att göra det så kan man kringgå problemet med olika tjocklekar genom att para ihop tjockare spolar med smalare. På det här sättet undviker vi problem i kretsen.
Efter idag har vi fortfarande en del arbete kvar men vi närmar oss definitivt slutskedet. Inom en vecka kommer den slutgiltiga produkten med mycket stor sannolikhet att vara klar.

Nytillverkning av spolplatta samt bilder från konstruktionsarbetet

Cykelpedalen har nu fästs vid bottenplattan (se bild nedan). Det hela blev mycket lyckat, och vi kan med största säkerhet konstatera att konstruktionen – med sin stabilitet – kommer hålla för stort tryck i sidled, vilket kommer krävas av den.

Gjutningen av spolplattan samt magnetplattorna har också genomförts. De senare blev lyckade, men spolplattan blev något misslyckad. När polyestern hade torkat visade det sig nämligen att spolplattan blivit böjd i kanterna, vilket resulterat i att den fått en skålformad form, istället för den eftersträvade platta formen. Troligen krymper polyester när det torkar. När vi gjutit rotorbladen har det emellertid rört sig om så små volymer, och så tunna skikt av polyester att en eventuell komprimering inte skulle ha märkts, men eftersom spolplattan är relativt tjock så har följdverkningarna av en sådan sammandragning blivit mer påtagliga. Vi har därför beslutat oss för att tillverka en ny spolplatta, men den här gången gjuta in spolarna i plywood, på samma sätt som vi tidigare gjutit in magneterna (vilket blev lyckat). I och med att trä inte är nämnvärt mer isolerande än polyester, så borde detta inte ha någon inverkan på generatorns effektivitet.

Detta innebär att vi blir tvungna att linda nio nya spolar under dagen, och därtill tillverka en platta att gjuta fast de i. Då vi redan befinner oss i tidsbrist innebär detta att vi blir tvungna att åsidosätta en hel del annat skolarbete till förmån för projektet.

I övrigt ska topp- och bottenplatta målas färdigt, och nödvändigt material måste inköpas (däribland hink, likriktare och axel). Förhoppningen är Att vi blivit mer eller mindre färdiga med generatorn vid veckans slut.

Fortsatt konstruktionsarbete

Under dagen tecknade vi upp en detaljerad ritning över hur det modifierade generatorhuset ska se ut, inklusive dess mått och vilket material vi behövde för konstruktionen. En del av dessa saker inhandlades sedan, däribland svart blankfärg och en cykelpedal.

Cykelpedalen är menad att användas som ett kullager som rotorn roterar runt. Cykelpedalen har fördelen att den både är stabil, trycktålig och att kullagret redan är infäst i en större struktur. Det gör att konstruktionen av huvudaxeln blir både mer tillförlitlig såväl som billigare och enklare att tillverka än om ett enskilt kullager hade använts.

Färgen är trögflytande och av den sort som penslas på, till skillnad från den sprayfärg vi tidigare använt. Anledningen till att vi köpt en annan typ av färg har att göra med färgens tjocklek. Under januari slipade vi ner den ojämna ytan på topp- och bottenplattan av rotorn. Den tjockare färgen kommer att fullända detta arbete då den fyller igen små håligheter och därigenom åstadkommer en helt plan, blank yta. Det här arbetet har varit mestadels av estetiska skäl.

Under januari modifierade vi även formen som spolplattan ska gjutas i. Idag gjorde vi ytterligare några ändringar vilket medför att spolplattan nu är redo att gjutas. Spolarna som ska gjutas in i en skiva av polyester är utplacerade och sammankopplade enligt bestämda mönster i en rund form av plywood.

Under dagen har vi även svarvat ut försänkningar för magneterna i bottenplattan av rotorn såväl som gjort hål i denna där cykelpedalen ska sitta. Vidare borrade vi också hål i cykelpedalen så att den kan fästas i bottenplattan med hjälp av vinkeljärn och skruvar.

Av det arbete som finns kvar att göra på det här projektet är det allra mesta av rent fysisk karaktär; utformningen av slutprodukten är klar och det enda som återstår är att bygga den.

Att-göra-lista:

• Köpa: hink, axel i solid metall (helst aluminium), gängtapp, likriktare, vinkeljärn, skruvar, muttrar plattor,
• Måla topp- och bottenplatta
• Skära till hink och fästa vid bottenplatta med fogmassa
• Gjuta spolplatta och magnetplattor
• Gänga axel och fästa pedal (vårt kullager)
• Göra elektriskt kopplingsschema och koppla den elektriska kretsen
• Sammanställning av vindturbin

Modifierad ritning

Kort avslutande diskussion av projektperiod

Trots en ganska verklighetssinnad tidsplanering fick vi i slutändan inte tid till att sammanställa rotorn, vilket vi till en början hoppats kunna. Dock är nu alla rotorns delar färdigtillverkade, endast hål ska borras i topp- och bottenplattan varpå rotorn kommer kunna sättas samman. Vi har inte heller påbörjat sammanställningen av generatorn, men spolarna har lindats och permanentmagneterna har anlänt, alltså återstår endast arbetet med att gjuta en platta för att innesluta spolarna samt tillverka de plattor som magneterna ska fästas på innan generatorn är färdigställd och hela vindturbinen således kan sammanställas.

Arbetet med rotorn har gått stadigt framåt. Till idag torsdag har samtliga rotorblad tillverkats, slipats, målats samt försetts med borrhål. Som nämnt i tidigare inlägg är vi extremt nöjda med bladens egenskaper, och är övertygade om att de kommer bidra till ett tillfredsställande slutresultat. Gjutningen av topp- och bottenplatta blev emellertid ganska ojämn i och med oförutsedda svårigheter som uppstod, vilket kom att kräva tre timmars arbete med eldrivna slipmaskiner för att rätta till. Detta innebar i sin tur att arbetsplatsen fylldes med så mycket giftigt dam att timmar av sanering krävdes innan platsen blev användarvänlig återigen. Detta var emellertid den enda större motgången under vårt projekt – allt annat gick över förväntan, något vi har vår noggranna planering och förarbete att tacka för. Förarbete – något vi lade ner hundratals timmar på – har i efterhand visats vara vitalt för att sammanställning ska kunna ske smidigt.

Fortsatt konstruktion

Fyra rotorblad har nu blivit gjutna, och ett femte kommer eventuellt tillverkas under helgen. Förutom att gjuta de fyra bladen har vi även skurit till dem, och slipat deras kanter med sandpapper. Förhoppningen är att vi ska kunna tillverka ett blad varje dag, så att samtliga blad blivit färdiga till onsdag nästa vecka.

De fyra som redan blivit tillverkade har varit till stor tillfredställelse. Förutom att de har en mycket jämn, slät och symmetrisk yta – vilket ur aerodynamisk synpunkt är mycket viktigt – så erhåller de även den hållfasthet och elasticitet som vi önskat. Dessutom har de en väldigt låg densitet, vilket kommer minska påfrestningen på generatorlådan samt bidra till att vindturbinen blir mer bottentung och således stabil.

Eftersom bladens utsida är blankare än deras insida, planerar vi att måla deras utsida i blank svart och insida i matt svart, då detta kommer resultera i ett mer estetiskt tilltalande utseende.

Förutom rotorbladen har vi även lindat färdigt samtliga nio spolar, och har därför även inlett tillverkning av de gjutformar som vi ska använda vid tillverkningen av spolplattorna. Dessa hoppas vi hinna gjuta någon gång i mitten av nästa vecka. Tack vare att de 24 batterierna nu äntligen anlänt så borde det målet vara uppnåeligt.

Konstruktion av topp- och bottenplatta har också inletts. Vi har tillverkat två identiska cirklar i plywood, och tanken är att även dessa ska penslas med polyester och glasfiber. Detta kommer dock inte ske förrän någon gång nästa vecka.

Om allt går enligt planerna, finns möjligheten att vi hinner färdigställa rotorn under projektperioden. Men vi reserverar oss för att gjutningen kan dra ut på tiden samt att vis material, exempelvis axeln, inte hunnit tillverkas förrän efter nästa vecka.

Påbörjan av konstruktion av rotor och generator

Idag började vi gjutningen av det första rotorbladet. Fredagen den 3:e december konstruerade vi gjutformen som rotorbladen kommer att gjutas i; den består av en noggrant böjd aluminiumplåt penslad med släppmedel och fastspänd i en träställning. I formen läggs en glasfibermatta som sedan penslas med flytande polyester som blandats med en härdare. Denna blandning stelnar sedan under ca 12 timmar innan bladet är klart. Det första av sammanlagt 8 blad tillverkades. Under tiden som gjutningen pågick så påbörjade vi även lindningen av de 9 spolarna som sedan ska gjutas in i en polyesterplatta och vara del av generatorn. Spolarna är rektangulära till formen och har en innerdiameter på 30 x 20 mm. De lindas med lackerad koppartråd med tjocklek 0,60 mm. Gjutningen av rotorblad och lindning av spolar (132 varv per spole) kommer att fortlöpa under större delen av den närmaste veckan. Vi har kommit fram till att detta antal lindningsvarv är optimalt genom efterforskning. Vi fann bland annat en formel som tillät oss att kalkylera lindningsvarv utifrån antalet magneter, önskvärd frekvens etc, och enligt denna formel – som vi källkritiskt granskat – så är 132 varv optimalt.

Under denna vecka är det även planerat att topp- och bottenplattan till rotorn ska tillverkas. De är planerade att bestå av 7 mm tjock plywood täckt med ett lager polyester. Vidare analys av tillverkningen kommer under slutet av veckan, samt bilder på processen.

Nedan syns en färdig spole.