Motor Stirling de latinha de 1600 RPM

Nessa página, é retratado como fazer para ter mais velocidade e potência em um motor Stirling em latas!


Este motor Stirling Gama feito totalmente em latinha, tornou-se meu motor mais rápido até essa data (17/03/2014) e eficiente dentro deste conceito de simplicidade.

Em rotação livre, atingiu picos de 1600 RPM e com velocidade constante de 1340 RPM.
Sua capacidade máxima na produção em eletricidade é 0,33 Watts, porém foi necessário a substituição de uma polia de menor diâmetro, para o gerador. Nessa simulação, o motor não ultrapassou a velocidade de 640 RPM.

Alterações fundamentais para a melhoria no desempenho:

- redução do curso do pistão deslocador (antes 38 mm) para agora um total de 28 mm (2,8 cm) e o pistão de trabalho (antes 18 mm) para os atuais 14 mm (1,4 cm);
- redução do comprimento do pistão deslocador, (antes 35 mm) e agora 20 mm (2 cm);
- redução do comprimento do cilindro quente (antes 105 mm) e agora 85 mm (8,5 cm);
- redução do diâmetro cilindro frio, que é uma tampa spray (antes 63 mm) e agora 57 mm (5,7 cm) de diâmetro;
- redução no diâmetro das duas tampas do pistão de trabalho (balão), tampa externa (antes 54 mm) agora 45 mm (4,5 cm). A tampa interna (por baixo do balão), que tinha um diâmetro (antes 40 mm) e agora com 30 mm (3 cm);
- utilização do joelho de PVC, que facilita o fluxo de ar entre o dois cilindros;




Acesse a listas de materiais deste motor >>>


Antes de mais nada, um item de grande importância, quando o objetivo é velocidade e possivelmente eficiência dentro de sua categoria, é a extrema atenção na eliminação de qualquer tipo de atrito.

Quando considerar que o seu motor está com baixo atrito, repense seu conceito. Para a realidade de um motor Stirling, é o item de maior comprometimento para bons resultados, obviamente que as fugas de ar não poderão existir!

Sugestão: mesmo com as medidas e características de um bom motor, se apresentar um pouco de atrito ou fuga de ar, dificilmente terá velocidades superiores à 1000 RPM ou nem funcionar.

Confira algumas informações fundamentais, com descrição de todos os possíveis pontos com atritos e fugas de ar >>>>>

O comprimento do cilindro quente foi reduzido (antes 105 mm ou 10,5 cm), para então os 85 mm (8,5 cm). Visto na (fig. 2)

fig. 2

A lata do sistema de resfriamento (fig. 3), possui um comprimento total de 45 mm (4,5 cm).

fig. 3

O pistão deslocador (fig. 4) é feito em lã de aço, sendo no projeto anterior de 35 mm (3,5 cm) de comprimento e agora 20 mm (2 cm) e a haste do pistão é um raio de bicicleta em INOX com 2 mm de diâmetro.
Lembro que o pistão deve ser praticamente transparente, para facilitar o fluxo de ar, pelo pistão quando o motor estiver em funcionamento.
Caso tenha dúvidas do procedimento, clique na figura 4.

fig. 4

A tampa externa do pistão de trabalho (fig. 5), possui (antes 54 mm) e agora passa ter 45 mm (4,5 cm) de diâmetro, encontrados em vasilhames de amaciantes de roupa.

A tampa interna do pistão de trabalho, possui (antes 40 mm) e agora passa ter 30 mm (3 cm) de diâmetro, obtidos de garrafa de plástico de refresco ou refrigerantes de 2 litros, conhecidos como garrafa Pet.

fig. 5

O cilindro frio do pistão de trabalho (fig 6), possui (antes 63 mm) e agora é de 57 mm (5,7 cm) de diâmetro, são tampas de latas de spray. O comprimento do cilindro frio é de 30 mm (3 cm).

fig. 6

O joelho de PVC 20, é usado como suporte para o cilindro frio e um duto de locomoção para o fluído de trabalho "ar" entre os dois cilindros.

Foi usado cola durepoxi para a fixação do joelho no cilindro quente, sinalizado pela seta verde na figura 7.

fig. 7

Também foi necessário, repassar cola de silicone de alta temperatura entre a lata do sistema de resfriamento e o joelho de PVC, para evitar vazamentos de água da lata de pêssego.

fig. 8

O curso do pistão deslocador foi reduzido 10 mm (1 cm), ou seja, agora num total de 28 mm (2,8 cm)(fig. 9), sendo que o deslocamento de vai e vem do pistão é consequentemente menor, além de reduzir automaticamente a vibração e o consumo de energia mecânica do motor, passando ter maior potência e rotação.

fig. 9

Foi levemente reduzido o curso total do pistão de trabalho (fig. 10) para 14 mm (1,4 cm), para proporcionar um bom equilíbrio no conjunto.

fig. 10

A polia usado no eixo do motor, possui 42 mm (4,2 cm)de diâmetro (fig.11).

fig. 11

A polia usado no gerador (fig. 12), possui um diâmetro de 26 mm, onde foi possível obter 0,250 Watts em eletricidade, com uma carga de 10 Leds. Quando substituído por 30 Leds, o gerador passou a produzir 0,290 Watts.

fig. 12

Também fiz uma substituição, por uma polia de 14 mm de diâmetro para o gerador, nesse teste o gerador produziu 0,330 Watts, porém a rotação o motor Stirling despencou para 650 RPM e na minha opinião, havia-se perdido toda emoção da boa velocidade e acabei optando pela polia da figura 12.

fig. 13

Na (fig. 14), é possível visualizar o gerador do motor, que nada mais é um motor de ejetar a fita cassete de um aparelho de vídeo cassete.

fig.14

Na (fig. 15) estão às medidas das dobras do virabrequim deste motor.
Observação: a defasagem das duas manivelas, ainda continua sendo os 90°, ou seja, o pistão deslocador continua 1/4 de volta adiantado em relação ao pistão de trabalho.

fig. 15

Na (fig. 16), veja como ovalizar um lado do joelho de PVC para que o mesmo seja colado no cilindro quente.

fig. 16

Na (fig. 17), está o cilindro quente com o furo, o joelho ovalizado com a lixa e a cola durepoxi.

fig. 17

Na (fig. 18), está colado o joelho de PVC no cilindro quente, reparem no nivelamento da parte superior do joelho de PVC com o cilindro quente.

fig. 18

Na (fig. 19), é possível visualizar pelo lado interno do cilindro quente.

fig. 19

Na (fig. 20), aqui está sendo concluída a colagem da lata do sistema de resfriamento.

fig. 20

Introduzido um pedaço de cano PVC, (1,5 cm) de comprimento, para colagem do cilindro frio.

fig. 21

                   

Conheça as novas modificações 
   para obter  1860 RPM >>>>

O que é um motor Stirling Gama?   O que é um motor Stirling Alfa?     O que é motor Stirling Beta?

                    

O que diferencia o motor Stirling Gama do Alfa >>>


Principais medidas:

- Curso do pistão deslocador: 28 mm (2,8 cm) = 1600 RPM
- Comprimento do pistão deslocador: 20 mm (2 cm);
- Curso do pistão de trabalho: 14 mm (1,4 cm) ou 16 mm (1,6 cm);
- O primeiro cabeçote com 60 mm (6 cm) de comprimento;
- O segundo cabeçote será a lata superior que da suporte ao virabrequim;
- O comprimento do cilindro quente: 85 mm (8,5 cm);
- O comprimento da lata do sistema de resfriamento: 45 mm (4,5 cm);
- Todos os raios são 2 mm (0,2 cm)de diâmetro em inox;
- O comprimento do cilindro frio é 30 mm (3 cm), com diâmetro de 57 mm (5,7 cm);
- A tampa externa do pistão de trabalho, possui 45 mm (4,5 cm) de diâmetro;
- A tampa interna do pistão de trabalho, possui 30 mm (3 cm) de diâmetro;

Confira a lista de materiais de outros modelos de motores Stirling:

Confira a lista deste modelo>>>

Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Gama" feito em latas de cerveja!

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Confira a lista deste modelo>>>

Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Alfa" simples, feito com seringas de vidro!

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Confira a lista de materiais de um motor Stirling Alfa melhorado, feito com seringas de vidro!

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Qualquer dúvida ou sugestões de melhorias, entrem em contato!

Leandro Wagner.

Cilindro quente de um motor Stirling Gama

Observação: Essa medida abaixo, é referente ao motor do Tutorial 2 e não do motor 1600 RPM

Medida: cilindro quente possui 105 mm de comprimento (10,5 cm) e com 68 mm de diâmetro (6,8 cm);

Confira a lista de materiais de outros modelos de motores Stirling:

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Os tipos de motores Stirling e suas diferenças entre o Beta, Gama e Alfa

Nessa página, temos 3 grupos de motores Stirling mais conhecidos, dentre eles o Gama, Beta e Alfa:

Motor Stirling Beta 

O motor Stirling Beta é constituído por um único cilindro, de dois pistões em linha, onde o pistão interno faz o deslocamento do fluído de trabalho "ar ou gás" entre as duas câmaras "quente e fria".

O segundo pistão, conhecido como pistão de trabalho, mantém suspenso o pistão deslocador, visivelmente aparente e responsável pelo trabalho do motor. Além de auxiliar no confinamento do fluído de trabalho no interior do motor.

Veja uma animação de um motor Stiling Beta simples:



Outro motor Stirling de configuração Beta com transmissão rômbica, também conhecido como "Stirling Beta Robótic", possui um diferencial no mecanismo aliado ao virabrequim. Este mecanismo reduz atrito do pistão de trabalho sobre o cilindro e da haste do pistão deslocador sobre o pistão de trabalho. Porque não ocorre a inclinação lateral da biela, como em virabrequim convencional.



Veja um vídeo da parte interna de um motor Stirling Beta Robotico:




Motor Stirling Gama

Este está entre o modelo mais conhecido, é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão quente faz o deslocamento do fluído de trabalho (ar ou gás) entre a extremidade "quente e fria", suspenso por uma haste deslizantes sobre buchas, pelo centro do cilindro quente e este pistão é totalmente escondido pelo o cilindro quente.

O segundo pistão, conhecido como pistão de trabalho, encontra-se separado do cilindro quente, diferentemente do motor Beta. Esse é responsável pelo trabalho do motor (compressão, expansão, descompressão e contração do fluído de trabalho).

Onde o pistão de trabalho encontra-se ao lado da estrutura principal.




O segundo "Motor Stirling Gama" é um modelo onde os pistões se encontram em posição de "L", onde os dois pistões trabalham em um ângulo de 90° ligados a um único ponto no virabrequim.

Exemplo de um motor:


Todos os motores do modelo Gama, possuem um pistão deslocador suspenso por uma haste dentro do cilindro quente e o pistão de trabalho é responsável pela absorção da pressão, transformando em movimento mecânico, além de fazer a compressão e descompressão do ar.


Motor Stirling Alfa

O motor do tipo Stirling Alfa, possui um funcionamento diferenciado em relação ao Gama e Beta, onde a maioria das pessoas possuem dificuldades para o distinguir.

O motor do tipo modelo Alfa, é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão quente é responsável pela produção do movimento mecânico decorrente da pressão e vácuo interno do motor. O pistão quente é totalmente visível pelo lado de fora, pela extremidade onde a biela é fixa, diferentemente do Gama e Beta.


O pistão frio é o responsável pela compressão e descompressão do fluído de trabalho no motor.

Este primeiro modelo, possui dois cilindros em paralelo.

Exemplo prático é este vídeo abaixo:




Este segundo modelo Alfa, possui os pistões em posição em um formato de "L", onde os pistões trabalham em um ângulo de 90°, ligados a um único ponto no virabrequim.

Outro exemplo prático é este vídeo abaixo:




Este terceiro modelo Alfa, é conhecido por "Motor Stirling Ross Yoke", este é considerado uns dos modelos mais eficiente entre todos eles, devido o baixo atrito dos pistões sobre os cilindros.

Neste vídeo abaixo, é possível assistir o motor em funcionamento:




Como funciona um motor Stirling Alfa?

O pistão quente é o responsável pela produção do movimento mecânico decorrente da pressão e vácuo interno do motor.
O pistão frio é o responsável pela compressão e descompressão do ar interno do motor.


Qual é a diferença entre o motor Gama e o Alfa?

A principal diferença física entre os dois modelos está no pistão quente.

No Gama, o pistão não possui contato com as paredes do cilindro quente, circulado em verde na foto abaixo e também é suspenso por um guia no fim do cilindro quente, circulado em vermelho.



No Alfa, todo o pistão quente possui contato físico na superfície interna do cilindro quente, circulado em verde na foto abaixo, também é visível pelo lado de fora e não necessita de guia, circulado em vermelho.

No modelo Stirling Gama, o pistão quente está tolamente suspenso dentro do cilindro quente, onde não possui contanto físico com a parede do cilindro quente.




No modelo Stirling Alfa, o pistão quente é semelhante ao pistão frio, sendo que dois pistões possuem contato físico em toda a superfície interna do cilindro.



Regenerador: ele possui a função de absorver parte do calor que iria ser rejeitado pelo motor e depois pré aquecer o ar frio, permitindo assim uma maior eficiência desse ciclo.

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Leandro Wagner.

Como fazer um virabrequim com raio de bicicleta

Virabrequim: é o eixo principal do motor em formato de manivela, onde a ele é fixo as bielas com os pistão.

Abaixo está uma foto do virabrequim e um vídeo tutorial de sua construção:

(fig. 26) medidas do virabrequim

Vídeo tutorial da fabricação do virabrequim:



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Diferença entre dois tipos de pistão deslocador

Estes são os dois diferentes pistões deslocadores!

Pistão maciço feito em lata: essa lata deve ser totalmente vedada, para que a pressão do motor não entre para dentro do motor.

Desvantagem: é um pistão que exige muitos cuidados na vedação de ar em todo o projeto e pouco tolerável com áreas mortas. O motor com espaços mortos usando este tipo de pistão deslocador em lata, ocorrerá perdas de pressão e consequentemente menor potência e velocidade.

Área morta! é um espaço interno não ocupado dentro do motor (oco).

Veja como se faz um pistão deslocador maciço

Pistão deslocador em lã de aço: é um pistão de fácil fabricação, confeccionado em lã de aço (Bom Bril) e fisicamente transparente.

Vantagem: é um motor que até funciona com pequenas fugas de ar e sem preocupações com as áreas mortas, devido a regeneração o ar, ou seja, quando o ar quente desloca-se para a câmara fria, parte do calor é absorvido pela lã e ao retornar para a câmara quente, o ar é pré aquecido antes mesmo entrar na câmara quente, atingindo temperaturas superiores ao pistão deslocador maciço, com uma maior variação do volume de ar.

Veja como se faz um pistão deslocador em lã de aço

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Pistão deslocador em lã de aço

Este é um motor Stirling do modelo Gama para fins didático, onde foi priorizado materiais recicláveis de fácil aquisição, encontrados no cotidiano.

Abaixo encontra-se o vídeo de como fazer um pistão deslocador em lã de aço:




Lembro que este pistão deve ser praticamente transparente, para facilitar o deslocamento do ar pelo interior do pistão, que absorver parte do calor e reaquece o ar frio, ao retornar para a câmara quente.

Observação, procure projetar o motor, para que o pistão tenha pouco atrito no interior do cilindro, evitando o arrasto no movimento e reduzindo consumo energia mecânica produzida pelo motor.


Primeira imagem do pistão deslocador em lã de aço montado:

Pistão deslocador montado

Para construção do pistão deslocador em lã de aço, use duas tampas de latas de refresco/cerveja e afixe com conector de fio de luz a tampa superior.

Na (fig. 1) a tampa usada nas duas extremidade da construção do pistão deslocador.

(fig. 1) tampa para a montagem do pistão

Na (fig. 2) é visualizado a fixação da tampa na extremidade superior do pistão, com um conector de fio de luz.

(fig. 2) fixação do conector de fio de luz

Este pistão deslocador possui 35 mm de comprimento (3,5 cm), todo em lã de aço, com 38 mm de curso total (3,8 cm), onde a haste do pistão deslocador possui um comprimento total de 140 mm (14 cm), porém o comprimento varia conforme cada projeto. recomendo primeiro fazer a medição no moto previamente montado.

(fig. 3) medida do pistão deslocador

Atenção: lembro que a lã deve ser enrolada extremamente fofa, até atingir o diâmetro do cilindro (68 mm) e praticamente transparente, como visto na (fig. 4 e 5).

(fig. 4) pistão deslocador transparente

Vantagem da lã de aço: ela regenera o ar, ou seja, quando o ar quente desloca-se para a câmara fria, parte do calor é absorvido pela lã e ao retornar para a câmara quente, o ar é pré aquecido antes mesmo entrar na câmara quente, atingindo temperaturas superiores ao pistão deslocador convencional.

Imagem vista em seu comprimento, sendo possível verificar a transparência do pistão (fig. 5), que facilita o fluxo do ar pela interna do pistão.

(fig. 5) pistão deslocador transparente

Teste: ao inserir o pistão dentro do cilindro (lata de coca cola), o peso do pistão (16 gramas) deve ser suficiente para mover-se com a força da gravidade até fundo do cilindro, sem a necessidade de intervir com uma força externa. Isso representa pouco atrito do pistão deslocador sobre o cilindro quente.

O mesmo deve ocorrer ao puxar o pistão para fora do cilindro, onde o peso do cilindro deve ser suficiente para que permaneça no chão, sem a necessidade de segurar a lata.

Porém a lã deve encostar levemente no cilindro, justo e sem atrito.

(fig. 6) cilindro quente

Haste do pistão deslocador: é recomendado um raio de bicicleta em INOX e 2 mm de diâmetro (fig. 7) para a montagem do pistão, porque este tipo de raio é liso e rígido em relação aos demais raios de bicicleta, evitando um desgaste prematuro do cabeçote.

(fig. 7) Haste do pistão deslocador

Comprimento da haste: o comprimento do raio é definido antes do fechamento do motor, obtendo somente o comprimento necessário. Para isso, deve ser previamente montado todo o motor e depois cortar o raio no comprimento necessário.

Marca recomenda: fiz testes com as demais marcas de lã de aço, porém a Bom Bril leva vantagem pela malha de fios finos, boa qualidade e não é cortada, somente enrolada.

Recomendo o uso dessa marca, devido a qualidade do material

Conheça o Tutorial completo deste motor >>>>


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