Pompa rotacyjna
Profesjonalne beztłokowe pompy wirowe zwykle pracują w przemyśle, a w domu znajdziemy je w zmywarce czy automatycznej pralce. Brudy lub resztki jedzenia skutecznie unieruchomiłyby zwykłą pompę tłokową - zwyczajnie zatarłby się w niej tłok. Tutaj zaś wirnik nie styka się bezpośrednio z bocznymi ściankami obudowy pompy i dlatego może pracować w trudnych warunkach.
Zasada działania pompy wirowej polega na zwiększaniu krętu cieczy (momentu pędu) za pomocą rotora zaopatrzonego w łopatki i obracającego się ze stałą prędkością obrotową. Energia silnika elektrycznego jest przekazywana cieczy za pośrednictwem wirnika. Powoduje to wzrost energii ciśnienia i energii kinetycznej w wodzie. Niezatykająca się pompa rotacyjna bez trudu wylewa brudną wodę i rozdrobnione resztki posiłków. Podobnie działają także duże i małe pompy fontannowe pracujące w obiegu zamkniętym. Woda, stale przepływająca przez obracający się wirnik, podlega działaniu siły odśrodkowej lub działaniu siły wyporu łopatek, albo obu tych sił łącznie. Powoduje to wzrost energii ciśnienia i energii kinetycznej w cieczy, co skutkuje wypływem przepompowywanej cieczy lub tryskaniem wody w fontannie.
Nasza pompa okaże się niewielka, a wirnik - w zależności od kierunku przesuwania się łuku ręcznego napędu - okresowo zmieniać będzie kierunek obrotów. To ją odróżni od wspomnianych pomp wirnikowych. Tryb pracy wymusi niepowtarzalny ręczny napęd, w postaci łuku i napiętej cięciwy. Nie zniechęcajcie się, bo wszystkie materiały do zrobienia tego modelu pompy wirowej prawdopodobnie znajdziecie w domu, a sam model da się zbudować i wypróbować w jeden wieczór.
Materiały: plastikowe cylindryczne pudełko z pokrywką o wymiarach 75 mm wysokości i 35 mm średnicy, prosty odcinek starej szprychy rowerowej albo szydło (1), fragment drutu z drucianego wieszaka, koralik, odcinek igielitowego wężyka, szpagat, prostokątna blaszka (może być wycięta z puszki po konserwach) (2, 3).
W przypadku zabawy w pokoju lub w ramach demonstrowania eksperymentu w klasie, koniecznie potrzebna będzie ścierka o dużej chłonności do wycierania wody z biurka i podłogi.
Narzędzia: wiertarka lub wkrętarka elektryczna, glutownica z klejem na gorąco, nożyce do blachy i kombinerki.
Elementy krok po kroku
Korpus pompy. Zrobimy go z cylindrycznego pudełka po lekach lub tubki po witaminach. Zaczniemy od wywiercenia otworów w dnie i pokrywce (7). Otwory mają mieć średnicę nieco większą niż drut lub szydło wybrane na oś wirnika. Zwykle na elementach okrągłego pudełka i pokrywki znajdziemy fabrycznie wyznaczone miejsca środka. Zadbajmy, by otwory były wywiercone dokładnie tam. W nich będzie się obracała oś wirnika naszej pompy.
To nie koniec wiercenia. W dnie pudełka wykonujemy dwa otwory o średnicy 5 mm każdy. To nimi będzie zasysana woda (11). Ostatni otwór, też o średnicy 5 mm, wywiercimy w bocznej powierzchni pudełka korpusu, blisko górnej krawędzi (8). Z tego otworu będzie tryskać wypompowywana woda. Nasza pompę możemy rozbudować, doklejając w miejscu otworu krótki igielitowy wężyk.
Oś wirnika. Zrobimy ją z odcinka szprychy, drutu od robótek o długości 190 mm i średnicy 3 mm - lub innej, dostosowanej do wielkości korpusu naszej pompy.
Wirnik. Do osi przyklejamy blaszkę o wymiarach dostosowanych do wielkości korpusu pompy. Blaszka ma obracać się swobodnie we wnętrzu korpusu, nie dotykając jego ścianek. W tym celu najpierw na prostokątnej blaszce wirnika już o odpowiedniej wielkości wyznaczymy oś symetrii (4), a dopiero potem przykleimy drut wirnika - klejem na gorąco (9, 10).
Łożysko. Zrobione zostanie z koralika o średnicy 12 mm. Będziemy musieli rozwiercić otwór w koraliku, tak by z łatwością obracał się na osi wirnika (5). Podczas wiercenia można go przytrzymać kombinerkami (6). Koralik nałożony na oś wirnika pracuje pomiędzy dnem korpusu a wirnikiem, czyli blaszką przymocowaną do osi (12). Fachowo powiedzielibyśmy, że jest to typ łożyska oporowego. Zmniejszy tarcie i zapobiegnie opadaniu wirnika razem z jego osią na dno pudełka.
Napęd ręczny. To rodzaj łuku z cięciwą zrobioną ze szpagatu. Łuk wykonamy z drutu pochodzącego od wieszaka, jaki dostajemy czasem z pralni razem z upranymi rzeczami (14). Odcinek drutu wyginamy w łuk. Na jego końcach robimy oczka. Do nich przywiązujemy końce szpagatu, które będą cięciwą - solidnie naciągniętą (15). Sznurek cięciwy można zabezpieczyć przed zsuwaniem się za pomocą kleju na gorąco.
Montaż modelu
Od spodu wirnika nakładamy na oś koralik. Wkładamy całość do korpusu i zakładamy pokrywkę, przez którą wychodzi górna części osi wirnika. Nasz model jest gotowy (16).
Jeśli jesteśmy niecierpliwi, a chcemy się dowiedzieć, czy pompa wirowa prawidłowo działa, możemy wirnik wprawić w ruch za pomocą niezawodnej wkrętarki (13). Jeśli wirnik nie zawadza o korpus i opiera się na koraliku, wszystko powinno bezbłędnie zadziałać.
Zabawa
Korpus umieszczamy w wodzie, tak by dno było zanurzone, ale otwór wylotowy sięgał tuż poza krawędź naczynia, czyli zbiornika wody. Na oś wirnika zakładamy cięciwę łuku - cięciwa ma ją owinąć. Wykonując ręką powolny ruch naszym łukiem, posuwisto-zwrotny, wprowadzamy w obroty wirnik pompy. Ten mechanizm działa zadziwiająco sprawnie. Woda zasysana przez wirnik tryska z króćca rurki bocznego otworu (17). Jeśli wykonamy to doświadczenie na stole, uświadomimy sobie, jak niezbędna jest w tym przypadku chłonna ścierka. Bawimy się więc raczej w łazience lub kuchennym zlewie.
Gdy już nacieszymy się efektami, jak zwykle proponuję zanieść model do szkolnej pracowni fizyki. Nasza dociekliwość i pasja eksperymentowania zostaną z pewnością nagrodzone.
Chyba, że podpadniemy ekipie sprzątającej klasy…
Adam Łowicki
Zobacz także:
Druciany mobil
Mobil dwucylindrowiec
Mikroszlifierka talerzowa
