przejdź do strony głównej KNE PW

Koło Naukowe Energetyków

16 grudnia 2017
Strona główna Projekty w realizacji Komora Wilsona 2.0
Komora Wilsona 2.0
  • Cel Projektu:

Projekt Wilson 2.0 stawia za cel zaprojektowanie i zrealizowanie układu chłodzenia komory Wilsona, używanej przez Koło. Obecnie komora chłodzona jest za pomocą ciekłego azotu, co sprawia pewne problemy podczas pokazów. Nie w każdym miejscu da się używać ciekłego azotu. Alternatywnym sposobem chłodzenia jest używanie suchego lodu, jednak tej metodzie pojawiają się kłopoty ze schłodzeniem do wymaganej temperatury -70˚C. Po modernizacji komora Wilsona będzie łatwa do przewożenia, natomiast do prawidłowej pracy będzie wymagane jedynie podłączenie do sieci elektrycznej, bez potrzeby stosowania niepraktycznego ciekłego azotu czy suchego lodu.

 W projekcie udział biorą studenci na różnym etapie edukacji. Obok doświadczonych uczestników z 5 roku pracować będą osoby dopiero zaczynające przygodę ze studiami. Duża różnorodność wieku sprzyja wspólnej nauce: starsi uczą młodszych, ucząc się jednocześnie jak uczyć. Projekt wymaga wiedzy z różnych obszarów: termodynamiki, chłodnictwa, wymiany ciepła, podstaw elektrotechniki i elektroniki, programowania czy umiejętności praktycznych w zakresie mechaniki.

  • Opis Projektu:

Prace nad projektem w roku akademickim 2016/2017 zostały podzielone na dwa etapy: etap zdobywania wiedzy oraz etap projektowy. Do marca 2017 roku uczestnicy projektu szukają materiałów na temat funkcjonowania komory Wilosna, zasad projektowania komór oraz próbują zrozumieć i opisać procesy fizyczne w nich zachodzące. Jednocześnie część uczestników szuka możliwych realizacji chłodzenia. W drugim etapie projektowany będzie układ chłodzenia komory, dobrany zostanie agregat chłodniczy, liczba modułów Peltiera, konstrukcja chłodnicy oraz wymiary samej komory.

Obecnie rozważany jest hybrydowy system chłodzenia oparty na połączeniu konwencjonalnego sprężarkowego agregatu chłodniczego z modułami termoelektrycznymi. Sterowanie projektowane będzie w taki sposób, aby optymalnie wykorzystać potencjał obu stopni pomimo zupełnie różnego charakteru pracy. Pierwszy stopień będzie realizowany przez agregat – temperatura odparowania możliwa do osiągnięcia wynosi około -40˚C, jednocześnie temperatura skraplania może być odpowiednio wysoka (+35 ˚C), co umożliwi działanie agregatu nawet latem. Drugi stopień realizowany jest przez termoelektryczne moduły Peltiera. Charakterystyki pracy modułów w niskich temperaturach nie są podawane przez producentów, w wyniku, czego zostaną przez studentów podjęte badania w laboratorium celem ich wyznaczenia. Prawdopodobnie trzeba będzie zastosować kaskadę modułów, co dodatkowo komplikuje połączenie elektryczne urządzeń, niemniej jednak daje możliwość na rozwój również w tej dziedzinie, która często nie jest tak dobrze poznana, jak termodynamika.

Sterowanie układem planowane jest za pomocą płytek łatwo programowalnych w języku C płytek Arduiono. Zostaną również podjęte próby dostosowania do standardów panujących w laboratorium, zastosowania przekaźników oraz zapewnienia kompatybilności z programem LabView, co umożliwi podgląd pracy z komputera oraz łatwość odczytu pomiarów przez nowych użytkowników urządzenia.

przechwytywanie

  • Możliwe wykorzystanie projektu:

Założeniem projektu jest kompaktowość i mobilność układu, dzięki czemu będzie mógł być wykorzystywany na różnego rodzaju wydarzeniach, takich jak pikniki czy Dnie Otwarte, gdzie pełniłby funkcję promocyjną Politechniki Warszawskiej. Osiągnięcie temperatury -70˚C pozwoli wykorzystać instalację, jako chłodnicę do mgłowej komory Wilsona, która jest jednym z projektów KNE i cieszy się dużym zainteresowaniem wśród dzieci oraz dorosłych.

Stabilna temperatura pracy pozwala wykorzystać układ do badania materiałów w niskich temperaturach, do obserwacji przemian fazowych, takich jak zamarzanie roztworów soli z wodą czy zamarzanie glikoli stosowanych w instalacjach słonecznych oraz w wymiennikach gruntowych. Układ tego typu daje możliwość łatwego badania zmiany właściwości roztworu przy wielu cyklach przemiany fazowej - łatwość sterowania modułami Peltiera umożliwia stworzenie programu, który będzie zmieniał temperaturę, powodując naprzemienne zamarzanie i topienie próbki.

Chłodnica hybrydowa może być elementem laboratoriów realizowanych podczas toku studiów, pozwalając poznać nowoczesne metody chłodzenia oraz empirycznie doświadczyć działania modułów Peltiera.

Dodatkowo podczas realizacji projektu możliwe jest wykonanie prac dyplomowych i przejściowych oraz prac badawczych. Uczestnicy maja szansę współpracować razem z pracownikami naukowymi prowadząc swoje pierwsze prace badawcze oraz daje szansę do napisania pierwszych publikacji naukowych, co może zapoczątkować karierę naukową młodych studentów.

  • Wykonane prace:

Wykonano wymiennik ciepła oraz obudowę zbiornika na suchy lód. Część elektryczną zamknięto w skrzynce. Całość zamocowano na aluminiowej ramie.

Zdjęcie elementów zamontowanych na ramie.

Do zrobienia pozostało jeszcze wykonanie układu kontrolnopomiarowego, oraz przeprowadzenie testów działania. Po uzyskaniu pełnej funkcjonalności komora przejdzie przez badania rozkładów temperatury oraz pomiarów mocy.

  • Kontakt:

Koordynator: Michał Wasik

Mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

 


© KNE PW. Adres: Instytut Techniki Cieplnej, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa, pokój 013. e-mail: kne@itc.pw.edu.pl