Turbina Wiatrowa NXT
Turbina Wiatrowa NXT Opis Zadanie polega na badaniu możliwości generowania prądu przez turbinę wiatrową poprzez analizę mocy wyjściowej urządzenia [W]. Eksperymentalnie sprawdzony zostanie wpływ ustawienia turbiny względem kierunku wiatru. Dodatkowo uczniowie będą mieli możliwość sprawdzenia oddziaływania innych parametrów na efektywność działania urządzenia. Cele budowa, programowanie i akwizycja danych, zrozumienie pojęcia mocy, zdobycie umiejętności rozpoznawania różnych form transformacji energii, odczytywanie i interpretacja wyników doświadczenia, badanie i szacowanie wpływu parametrów doświadczenia. Potrzebne narzędzia dydaktyczne LEGO 20000080 - Oprogramowanie LEGO MINDSTORMS Education NXT w wersji 2.0 lub nowszej, 9797 - zestaw bazowy LEGO MINDSTORMS Education NXT, 9648 lub 9695 - zestaw uzupełniający LEGO MINDSTORMS Education NXT, 9688 - zestaw Energia Odnawialna LEGO Education UWAGA! Kostka NXT musi mieć firmware w wersji 1.26 lub nowszej. Inne potrzebne materiały Wentylator o mocy przynajmniej 40W Linijka lub miara Zawartość folderu z materiałami w wersji elektronicznej: Opis zadania Instrukcja budowy Instrukcja obsługi miernika Bloki programistyczne Programy do akwizycji danych: Turbina Wiatrowa 1 Turbina Wiatrowa 2 2
Rozpocznij Turbiny wiatrowe to urządzenia umożliwiające zmianę energii kinetycznej wiatru na energię elektryczną. Ilość generowanej energii zależy od wielu czynników, między innymi od jej lokalizacji i od siły wiatru. Niektóre turbiny wiatrowe są wyposażone w specjalne mechanizmy pozwalające na ustawienie ich tak, by mogły "łapać" jak najwięcej wiatru. Zbudujemy i zaprogramujemy teraz urządzenie do badania mocy wyjściowej turbiny wiatrowej NXT. 3
Zbuduj Wykonajmy teraz model turbiny wiatrowej NXT. Patrz: dołączona instrukcja. Ustawienia testowe Pracę należy rozpocząć od wyzerowania miernika (na 0 J) przez naciśnięcie przycisku włącznika przez dwie sekundy. Ustawmy najwyższą moc pracy wentylatora, tak by obracały się łopaty turbiny, a wyświetlacz przynajmniej 2V generowanego napięcia. We wszystkich eksperymentach należy zachować odległość 30 cm pomiędzy turbiną a wentylatorem. Ustawienie turbiny i wentylatora pokazano na poniższym rysunku. Ważne, by wszystkie testy przeprowadzać przy tej samej odległości. Ostrzeżenie! Wentylator jest potencjalnie niebezpieczny - należy zachować szczególną ostrożność podczas pracy! 4
Rozważ Uwaga - jeżeli używana jest wersja 2.0 oprogramowania NXT, należy zaimportować blok Miernika Energii przed dalszą pracą. Turbina ustawiona na wprost wentylatora Eksperyment polega na sprawdzeniu mocy turbiny (wyrażonej w watach), ustawionej naprzeciwko wentylatora, tak jak w ustwieniu testowym. Na powyższym rysunku pokazany jest zrzut ekranu z programem Turbina Wiatrowa 1 (do znalezienia w folderze z materiałami w wersji elektronicznej). Program zbiera dane z układu miernika i informuje krótkim dźwiękiem o zakończeniu pracy. Przed otwarciem i uruchomieniem gotowego programu należy przygotować Eksperyment według poniższych ustawień: Nazwa: TurbinaWiatrowa W polu Sensor należy wybrać opcję: Emeter In - W W polu Port ustawić: 3 Czas trwania (Duration): 30 s Próbki (Rate): 5 na sekundę Podłączyć miernik do portu 3 na kostce NXT Teraz należy spróbować przewidzieć, jak będzie kształtować się wydajność turbiny (w watach [W]). Następnie musimy uruchomić wentylator i odczekać kilka chwil, by turbina osiągnęła pełne obroty. Teraz uruchamiamy program Turbina Wiatrowa 1. Po zakończeniu pracy programu przechodzimy do analizy zebranych danych. Należy teraz opisać zaobserwowane efekty działania aplikacji, wyciągnąć wnioski i_zapisać wyniki eksperymentu. Sugerujemy porównywanie wartości średnich. Brak opcji Emeter oznacza, że należy zaimportować blok Miernika Energii. Najlepiej skorzystać z narzędzi przewidywania (patrz: Samouczek 41 i 42) Najwygodniej użyć tu narzędzia Analizy i Tabeli Danych (patrz Samouczek 41). 5
Zastosuj Turbina obrócona względem wentylatora Eksperyment polega na sprawdzeniu mocy turbiny (wyrażonej w watach), ustawionej pod kątem 45 stopni do wentylatora (ustawienie pokazane na rycinie u dołu strony). Na powyższym rysunku pokazany jest zrzut ekranu z programem Turbina Wiatrowa 2 (do znalezienia w folderze z materiałami w wersji elektronicznej). Program obraca turbinę o 45 stopni, zbiera dane z układu miernika i informuje krótkim dźwiękiem o zakończeniu pracy. Przed otwarciem i uruchomieniem gotowego programu należy przygotować Eksperyment według poniższych ustawień: Nazwa: TurbinaWiatrowa W polu Sensor należy wybrać opcję: Emeter In - W W polu Port ustawić: 3 Czas trwania (Duration): 30 s Próbki (Rate): 5 na sekundę Podłączyć miernik do portu 3 na kostce NXT Teraz należy spróbować przewidzieć, jak będzie kształtować się wydajność turbiny (w watach [W]). Następnie musimy uruchomić wentylator i odczekać kilka chwil, by turbina osiągnęła pełne obroty. Teraz uruchamiamy program Turbina Wiatrowa 2. Po zakończeniu pracy programu przechodzimy do analizy zebranych danych. Należy teraz opisać zaobserwowane efekty działania aplikacji, wyciągnąć wnioski i_zapisać wyniki eksperymentu. Sugerujemy porównywanie wartości średnich. 6
Zadania dodatkowe Zmiana parametrów pracy Na Ziemi możemy znaleźć wiele terenów o zróżnicowanej rzeźbie terenu, która bezpośrednio wpływa na ruchy mas powietrza przy powierzchni. Dobry wybór miejsca na budowę turbiny ma znaczący wpływ na możliwości generowania przez nią prądu. Nie jest to oczywiście jedyny parametr decydujący o wydajności. Wpływ ukształtowania terenu na pracę turbiny można zbadać, modelując różne warunki, np. ustawiając między wentylatorem a turbiną przeszkody, np. książki lub budynki z klocków LEGO. Można też zmieniać inne parametry pracy, np.: ustawienie mocy wentylatora, odległość między turbiną a wentylatorem, liczbę łopat turbiny. W każdym przypadku należy opisać warunki testowe i zapisać efekty swojej pracy. UWAGI do przeprowadzenia eksperymentów można stworzyć własne programy lub skorzystać z tych już istniejących, ustawienia wentylatora powinny być takie, by napięcie ładowania odczytywane z miernika nie spadało poniżej 2 V. 7