Έργο για τον Πανελλήνιο Διαγωνισμό Ανοιχτών Τεχνολόγιων-2022-2023
ΠΡΟΤΥΠΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ ΥΠΟ ΤΗΝ ΑΙΓΙΔΑ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ
Μαθητής:Αργυρίου Νικόλαος
Υπεύθυνος καθηγητής: Παντελής Διαμάντης
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
WATERFALL CONVERTER 2022-2023
Καθημερινά σε ολόκληρο τον πλανήτη καταναλώνονται μεγάλοι όγκοι νερού. Η σκέψη αυτή μας ώθησε στην κατασκευή μια συσκευής η οποία θα επιτρέπει την αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας του νερού για παραγωγή ηλεκτρικής.
Η συσκευή αυτή θα συνδέεται με την
κατάληξη της βρύσης. Έτσι μόλις η βρύση ανοίγει, το νερό θα διέρχεται από έναν μεγάλο σωλήνα ο οποίος θα διακλαδίζεται σε δύο άλλους. Φτάνοντας στο τέλος του κάθε σωλήνα, το νερό θα κινεί έναν μικρό υδρόμυλο και στη συνέχεια θα βγαίνει από την κατασκευή και θα χρησιμοποιείται. Η ενέργεια που θα παράγεται με τον τρόπο αυτό, θα αναβαθμίζεται με τη βοήθεια ενός πολλαπλασιαστή που θα συνδέεται με τον υδρόμυλο. Κατόπιν, θα διοχετεύεται σε μια μπαταρία που θα καταλήγει σε μια μορφή πρίζας. Η πρίζα αυτή θα χρησιμεύει για τη φόρτιση συσκευών, όπως κινητά τηλέφωνα με φιλικό προς το περιβάλλον και δωρεάν ρεύμα. Η πρωτοποριακή αυτή συσκευή θα έχει ελάχιστο κόστος και θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί από νοικοκυριά αλλά και δημόσιους φορείς όπως είναι οι δήμοι στη δικαιοδοσία των οποίων ανήκουν τα κολυμβητήρια όπου γίνεται μεγάλη χρήση νερού. Πρόκειται για μία συσκευή παραγωγής «πράσινης» ηλεκτρικής ενέργειας που ευελπιστούμε ότι θα προσφέρει διέξοδο στο ενεργειακό πρόβλημα με οικολογικό τρόπο.
ΣΥΛΛΗΨΗ ΙΔΕΑΣ
Καθημερινά καταναλώνονται μεγάλοι όγκοι νερού και ειδικότερα:
• 9 λίτρα νερό, κάθε φορά που τραβάμε το καζανάκι, στην τουαλέτα.
• 150 λίτρα νερό, κάθε φορά που γεμίζουμε τη μπανιέρα μας.
• 15 λίτρα νερό, κάθε λεπτό, όταν κάνουμε ντουζ.
• 15 λίτρα νερό, κάθε λεπτό που πλένουμε τα χέρια μας, το πρόσωπο μας ή τα δόντια μας.
• 150 λίτρα νερό, κάθε φορά που βάζουμε πλυντήριο ρούχων.
• 50 λίτρα νερό, κάθε φορά που βάζουμε πλυντήριο πιάτων.
• 15 λίτρα νερό, κάθε λεπτό, όταν πλένουμε φρούτα, ή λαχανικά.
• 150 λίτρα νερό, την ημέρα, όταν πλένουμε τα πιάτα, στο χέρι.
Η παραπάνω σκέψη μας ώθησε να εκμεταλλευτούμε το νερό που ξοδεύουμε καθημερινά κατασκευάζοντας μια συσκευή η οποία θα επιτρέπει την αξιοποίηση της κινητικής ενέργειας αυτού του νερού για την παραγωγή ηλεκτρικής. !
ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ
Η συσκευή που πρόκειται να κατασκευάσουμε θα συνδέεται με το τέλος της βρύσης. Έτσι μόλις η βρύση ανοίγει, το νερό θα διέρχεται από έναν μεγάλο σωλήνα και έπειτα θα διακλαδίζεται σε δύο μικρότερους σωλήνες. Αφού φτάσει στο τέλος του κάθε σωλήνα θα κινεί έναν μικρό υδρόμυλο ο οποίος θα παράγει ενέργεια και έπειτα θα βγαίνει από την κατασκευή. Η ενέργεια αυτή θα διοχετεύεται σε μια μπαταρία. Η μπαταρία αυτή θα καταλήγει σε μια πρίζα όπου οι άνθρωποι θα μπορούν να φορτίζουν συσκευές όπως τα κινητά τους τηλέφωνα.
ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ
Το ηλεκτρικό ρεύμα που θα παράγεται από την κίνηση των υδρόμυλων, θα οδηγείται μέσω καλωδίων σε ένα πολλάπλασιαστή. Αυτός θα αυξάνει την ποσότητα του παραγόμενου ρεύματος το οποίο στη συνέχεια μέσω καλωδίων θα συγκεντρώνεται σε δύο μπαταρίες. Έπειτα οι μπαταρίες αυτές θα συνδέονται μέσω δύο άλλων καλωδίων με μια πρίζα. Έτσι όταν θα θέλουμε να φορτίσουμε κάποια συσκευή δεν έχουμε παρά να συνδέσουμε την συσκευή σε αυτήν την πρίζα, η οποία από τα παραπάνω θα τροφοδοτείται με φιλικό προς το περιβάλλον και δωρεάν ρεύμα.
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
• Παραγωγή «πράσινης» ηλεκτρικής ενέργειας που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
• Αν εφαρμοστεί σε μεγάλο αριθμό καταναλωτών, μπορεί να μειώσει σε μεγάλο βαθμό την χρήση ηλεκτρικής ενέργειας.
• Θα μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε νοικοκυριό αλλά και σε άλλες υποδομές όπως κολυμβητήρια στα οποία γίνεται μεγάλη χρήση νερού.
• Η ενέργεια που θα παράγεται μπορεί να αξιοποιηθεί με πολλούς τρόπους, για παράδειγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το να φορτίσει ένα κινητό τηλέφωνο μέχρι να τροφοδοτήσει ένα ανεμιστηράκι μπάνιου.
• Εκτός από βρύσες μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε σωλήνα που μεταφέρει νερό.
• Είναι μια διέξοδος από το πρόβλημα της χρήσης του άνθρακα για την παραγωγή ενέργειας.
ΥΛΙΚΑ-ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΚΟΣΤΟΣ (σε ευρώ)
| ΥΛΙΚΑ | ΚΟΣΤΟΣ |
| Πλαστικό μπουκάλι | 4 ευρώ |
| Σωλήνες/ μπεκ από ποτιστικό σύστημα | 3 ευρώ |
| Καλώδια | 1 ευρώ |
| Αυτοσχέδιες Προπέλες από κουτάκια αναψυκτικού | 0 ευρώ |
| Κινητήρες | 12 ευρώ |
| Μονωτική ταινία | 2 ευρώ |
| Επαναφορτιζόμενες Μπαταρίες | 7 ευρώ |
| Πιστόλι σιλικόνης | 4 ευρώ |
| Σωλήνες σιλικόνης για το πιστόλι | 2 ευρώ |
| Πολύμετρο | 15 ευρώ |
| ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ | 50 ευρώ |
Βήματα Κατασκευής Συσκευής
Κατασκευή σώματος συσκευής
Χρησιμοποιώντας ένα ψαλίδι κόβουμε το κάτω μέρος (τη βάση) από ένα μεγάλης διαμέτρου πλαστικό μπουκάλι. Με τον τρόπο αυτό το εσωτερικό του μπουκαλιού έγινε προσβάσιμο, προκειμένου να τοποθετηθούν οι κινητήρες.
Στη βάση του μπουκαλιού (την οποία κόψαμε πριν με το ψαλίδι) κάνουμε με το κοπίδι μία οπή μετρίου μεγέθους και μέσα από αυτή περνάμε το εξάρτημα που κουμπώνουμε στη βρύση. Το εξάρτημα αυτό θα διαχωρίζει το νερό σε δύο διαδρομές, μία για τον κάθε κινητήρα. Αργότερα και μετά την τοποθέτηση των κινητήρων, τη βάση του μπουκαλιού με το εξάρτημα την ξανακολλάμε στο μπουκάλι και διεξάγουμε πειράματα τοποθετώντας τη συσκευή στη βρύση.
Κατασκευή προπέλας
Αρχικά κόβουμε με ένα ψαλίδι το τενεκεδάκι στη μέση. Έπειτα κόβουμε κατάλληλα το κομμένο τενεκεδάκι σε λωρίδες τις οποίες παραμορφώνουμε με το χέρι σε σχήμα καμπύλης. Έτσι σχηματίζεται η προπέλα, στο κέντρο της οποίας ανοίγουμε μια πολύ μικρή οπή ανάλογη της διαμέτρου του άξονα του κινητήρα που θα χρησιμοποιήσουμε.
Μόνωση κινητήρα και τοποθέτηση του στη συσκευή
Χρησιμοποιώντας μονωτική ταινία περιτυλίγουμε το μεταλλικό μέρος του κινητήρα έτσι ώστε να μονωθεί σε περίπτωση πιθανής επαφής με το νερό και να μην χαλάσει.
Τον άξονα του μονωμένου πλέον κινητήρα τον περνάμε μέσα από την τρύπα, στο κέντρο της προπέλας και τον σταθεροποιούμε πάνω της με σιλικόνη. Εν συνεχεία συνδέουμε τον κινητήρα με καλώδια τα οποία συνδέονται με τον πολλαπλασιαστή. Κατόπιν, συνδέουμε τον πολλαπλασιαστή μέσω άλλων καλωδίων με δύο επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, στις οποίες θα διοχετεύει το ρεύμα που παράγεται σε αυτόν, από τη μετατροπή της κινητικής ενέργειας του κινητήρα σε ηλεκτρική μετά τον πολλαπλασιασμό αυτής. Έπειτα οι μπαταρίες αυτές θα συνδέονται μέσω δύο άλλων καλωδίων με μια πρίζα. Έτσι όταν θα θέλουμε να φορτίσουμε κάποια συσκευή δεν έχουμε παρά να συνδέσουμε την συσκευή σε αυτήν την πρίζα, η οποία από τα παραπάνω θα τροφοδοτείται με φιλικό προς το περιβάλλον και δωρεάν ρεύμα.
Τέλος, τοποθετούμε τους κινητήρες στο εσωτερικού του μπουκαλιού σε απόσταση 10-15εκ. από το στόμιο του μπουκαλιού από όπου το νερό θα εξέρχεται από τη συσκευή, κολλώντας τον με σιλικόνη.
Την ίδια διαδικασία ακολουθούμε και για την κατασκευή και τοποθέτηση του δευτέρου κινητήρα.
Δοκιμή συσκευής
Η συσκευή συνδέεται στη βρύση και αφού την ανοίξουμε πραγματοποιούμε δοκιμές εναλλάσσοντας τον τρόπο με τον οποίο είναι τοποθετημένο το εξάρτημα, περιστρέφοντάς το ελαφρώς. Αλλάζουμε δηλαδή τη γωνία με την οποία πέφτει το νερό πάνω στις προπέλες, παρατηρώντας με το πολύμετρο σε ποια θέση παράγεται περισσότερη ενέργεια. Σ’ αυτή την θέση σταθεροποιούμε το εξάρτημα.
Η συσκευή μας είναι πλέον έτοιμη για χρήση!!!
Πιθανές Μελλοντικές Εφαρμογές
Η παραπάνω συσκευή θα μπορούσε να αξιοποιηθεί και σε μεγαλύτερη κλίμακα. Συγκεκριμένα θα μπορούσε να τοποθετηθεί στους μεγάλης διαμέτρου αγωγούς που τροφοδοτούν την Αθήνα και κάθε άλλη πόλη με νερό. Σε αυτήν την περίπτωση η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας θα είναι ιδιαίτερα μεγάλη και θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την κάλυψη των ηλεκτρικών αναγκών ιδιωτικών και δημοσίων κτηρίων με φιλικό προς το περιβάλλον και δωρεάν ρεύμα. Ακόμη αυτή η ενέργεια θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία σταθμών φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Τέλος, θα μπορούσε να αξοιποιηθεί σε χώρους όπου γίνεται μεγάλη χρήση νερού όπως κολυμβητήρια για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών αυτών των χώρων.
Βίντεο με ζωντανή λειτουργεία της συσκευής:
https://youtube.com/shorts/2gOCj-fmodI
ΠΗΓΕΣ