Como funciona um motor Stirling Gama?

Motor Stirling Gama

Este está entre o modelo mais conhecido, é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão quente (pistão deslocador) 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 isolado e confinado do ambiente externo.



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

Veja a explicação do funcionamento do motor Stirling Gama neste vídeo abaixo:





Veja neste vídeo 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.

Conheça o Tutorial de um motor Stirling caseiro Gama simplificado>>>

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Leandro Wagner.

Como funciona um motor Stirling Beta?

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 um virabrequim convencional.

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



Este outro vídeo, mostra uma forma simplificada de um motor confeccionado com materiais recicláveis, para fins didáticos:

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Leandro Wagner.

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

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

No Gama, o pistão quente (ou pistão deslocador), 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 e pistão quente também possui umas extremidade aparente para o ambiente externo.

 

Regenerador: ele possui a função de absorver parte do calor que seria rejeitado pelo motor e depois pré aquecer o ar frio, permitindo assim uma maior eficiência desse ciclo. Acompanhe a diferença do funcionamento do motor com e sem o regenerador:


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Como fazer um pistão deslocador em lã de aço, para um motor Stirling caseiro em latas?

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 Stirling Gama>>>>


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Leandro Wagner.

The text translation into English, of the engine reached 1600 rpm

This engine surprised me with the new results, I really did not expect this significant improvement of 50% compared with the engines I had built.

It is also an engine to simplicity prevailsbeing its entire structure in cans, with the goal of improving efficiency in its category.

At first, I used a oven made ​​in can of beer, reduce the courses of the two pistons and replace the plastic hose by knee PVC, which facilitates the flow of air between the two cylinders and used for the cooling system of a pot plastic of the butter. In this test, the engine reached 1220 RPM peak and kept at constant speed 1000 RPM.

Due to the small space inside the oven, we had a problem of overheating of the torch, which expelled by the wick fuel, starting a small fire early in the courtyard of my house, where almost caused the total destruction of the engine.

So I decided to make new changes in the project, I returned to use the oven with tin peach, to avoid accidents, and replace the pot of butter, a can of peaches, to strengthen the structure of the engine.

In this second test, I was surprised with the new results in peaks exceeded 1600 RPM and remained in 1340 RPM.
Another interesting finding was the first engine built all in cans, with the capacity to power up to 30 LEDs, ie, with a maximum capacity of 0.33 Watts in electricity.

I also changed the inner cover of the power piston, substituting a bottle cap Pet (30 mm diameter).

What were the major changes?? 

- The first improvement occurred with the replacement oven; 

- The course of the displacer piston was lowered by 10 mm, which reduced the consumption of mechanical energy by the movement of the piston comes and goes;

- Was also slightly reduced the piston stroke of work; 

- And the substitution of plastic hoses for a knee PVC, thus facilitating air flow between the two chambers. 

All measures of courses, dimensions of the new components and the list of equipment materials, and photographs are available on this page below: 

http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2013/12/motor-stirling-de-latinha-de-1600-rpm.html

My facebook:  

https://www.facebook.com/pages/Manual-do-motor Stirling/292018690925248

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Check the list of materials of a Stirling engine "Gamma" made in beer cans!

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Check the list of materials of a Stirling engine "Alpha" simple, made ​​with glass syringes!

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Check the list of materials of a Stirling engine Alfa improved, made ​​with glass syringes!

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Leandro Wagner.

La traducción del texto al español, el motor alcanza 1600 RPM

Este motor me sorprendió con los nuevos resultados, yo realmente no esperaba esta mejora significativa de 50% en comparación con los motores que había construido.

También es un motor para la sencillez predomina, con toda su estructura en latas, con el objetivo de mejorar la eficiencia en su categoría.

Al principio, he usado una lata de cerveza en el horno, reducir los cursos de los dos pistones y sustituir la manguera de plástico en PVC rodilla, lo que facilita el flujo de aire entre los dos cilindros y se utiliza para el sistema de enfriamiento de una olla mantequilla de plástico. En esta prueba, el motor ha alcanzado picos de 1220 RPM y se mantiene a velocidad constante 1000 RPM.

Debido al reducido espacio en el interior del horno, que había un problema de sobrecalentamiento de la antorcha, que expulsó al combustible mecha, empezando un pequeño fuego principios de el patio de mi casa, en el que casi causó la destrucción total del motor.

Así que me decidí a hacer nuevos cambios en el proyecto, fui a usar el horno con lata de duraznos, para evitar accidentes, como los anteriores y reemplazar el bote de mantequilla, una lata de duraznos, para fortalecer la estructura del motor.

En esta segunda prueba, me sorprendió con los nuevos resultados en los picos superaron 1600 RPM y se mantuvieron en 1340 RPM.

Otro hallazgo interesante fue el primer motor construido todo en latas, con la capacidad de alimentar hasta 30 LEDs, es decir, con una capacidad máxima de 0,33 vatios de electricidad.

También cambié la cubierta interior del pistón de potencia, la sustitución de tapa de la botella Pet (30 mm de diámetro).

¿Cuáles fueron los principales cambios?

- La primera mejora fue la sustitución del horno;
- El curso del pistón desplazador se redujo en 10 mm, lo que reduce el consumo de energía mecánica por el movimiento del pistón va y viene;
- También se redujo ligeramente la carrera del pistón de potencia ;
- Y la sustitución de las mangueras de plástico para un PVC de la rodilla, lo que facilita el flujo de aire entre las dos cámaras.

Todas las medidas de los cursos, las dimensiones de los nuevos componentes y la lista de materiales para equipos y fotografías están disponibles en esta página a continuación:
http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2013/12/motor-stirling-de-latinha-de-1600-rpm.html

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Echa un vistazo a la lista de materiales de un motor de "Gama" Stirling hecho en latas de spray!

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Echa un vistazo a la lista de materiales de un motor de "Gama" Stirling hecho en latas de cerveza!

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Leandro Wagner.

La traducción del texto del video del futuro Motor Stirling Alfa Ross Yoke

Estoy presentando este vídeo con movimiento de la articulación Ross Yoke, que representa el inicio de la construcción de mi nuevo motor.

A continuación se muestra el enlace a mi facebook:
https://www.facebook.com/pages/Manual-do-motor-Stirling/292018690925248

Esta articulación requiere un gran cuidado en su construcción, principalmente en la posición correcta de todos los agujeros y ninguna inclinación. Si usted no tiene cuidado, hay una enorme fricción en las articulaciones de todo el conjunto.

En mi caso, hubo un movimiento vertical de 1 mm, en el que dos guías se fijan sobre la base del motor. Si es necesario instalar un pequeño suplemento (una hoja de periódico) entre el eje de rotación (pieza en color dorado) y el rodamiento del "T", la solución de los puntos cerradura del eje principal. 

Otro problema en el banco de pruebas, hubo un cerradura del eje, que pasa a través de la guía y la "T" debido a que el eje de acero inoxidable de 2 mm, estaba en contacto directo con las barras de aluminio, donde se produce una impureza de aluminio negro bloquear el movimiento de la articulación. Para resolver este problema, instale buje de un motor eléctrico de DVD en cada ficha, puede seguir algunas imágenes del proceso con este link:

http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2014/03/motor-stirling-alfa-ross-yoke.html

También se produjo un alto nivel de vibración del cigüeñal, el banco de pruebas. Por lo tanto, era necesario instalar un contrapeso en forma de media luna en el lado opuesto, donde se muestra la "T", esta imagen también puede ser conferida en el blog.

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Leandro Wagner.

The translation of this text into English, of the Stirling Engine Alpha Ross Yoke

I am presenting this video with movement of the articulation Ross Yoke, which represents the beginning of the construction of my new motor.

Below is the link to my facebook:
https://www.facebook.com/pages/Manual-do-motor-Stirling/292018690925248

This articulation requires great care in its construction, mainly in the correct position of all holes and no inclination. If you do not have proper care, there is a huge friction in the joints of the whole set.

In my case, there was the vertical movement of 1 mm at the edge where two guides are fixed on the motor base. Being necessary install a small shim (a sheet of newspaper) between the rotating shaft (piece golden in color) and bearing the "T", resolving the lockups the main shaft.

Another problem on the test bench, we had a stalling, running through the guide and the "T" because the axis of 2 mm stainless steel, was in direct contact with the aluminum bars, where it produced a black aluminum impurity locking the movement of the joint. To resolve this problem, I installed a bushing of electric engine DVD on each tab, you can follow some process images with this link: 

http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2014/03/motor-stirling-alfa-ross-yoke.html

Also occurred a very high level of vibration of the crankshaft, in the test bench. Therefore, it was necessary to install a counterweight in a half moon shape on the opposite side where the "T" is fixed, this image may also be conferred on blog.

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Lista dos materiais usados no motor Gama mais rápido

Listas dos materiais:

- 3 latas de refrigerante ou cerveja 350 ml, 68 mm de diâmetro (6,8 cm), para o cilindro quente e os dois cabeçotes;
- 1 lata de cerveja 473 ml, 68 mm de diâmetro (6,8 cm), como suporte do virabrequim;

- 2 latas de pêssego 830 g, com 100 mm de diâmetro (10 cm), para o forninho e o sistema de resfriamento;

- 1 tampa de uma lata spray de cabelo 57 mm de diâmetro (5,7 cm), para o cilindro do pistão de trabalho;

- 1 tampa de amaciante de 45 mm de diâmetro (4,5 cm), para fazer a tampa "externa" do pistão de trabalho;

- 1 tampa de garrafa Pet de 30 mm de diâmetro (3 cm), para fazer a tampa "interna" do pistão de trabalho;

- 1 balão número 9 ou 10, para o pistão de trabalho;

- 1 câmara de motocicleta, (descartada em borracharia), cortada em uma tira, para colocar envolta do cilindro do pistão de trabalho afim de afixar o balão;
- 2 borrachinhas de dinheiro, para colocar em volta do balão na vedação sobre o cilindro de trabalho;
- 1 joelho de PVC de 20, que será o tubo que interliga os dois cilindros e ao mesmo tempo o suporte do cilindro de trabalho;
- 1 pedaço de cano de 20 mm (2 cm) de comprimento de PVC e 20 mm de diâmetro; 

- 1 rolinho de lã de aço da marca “Bom Bril”, testei as demais marcas, mas não obtive bom desempenho;

- 3 raios de bicicleta de 2 mm (conhecido por fino) todos em INOX, não recomendo os tradicionais;

- 1 raio de bicicleta de 2,5 mm (conhecido por grosso) em INOX, para biela do pistão de trabalho;
- 2 moedas de 5 ou 10 centavos, para os mancais (bucha de suporte para o virabrequim);

- 4 CDs para o volante;

- 1 gravadora de CD de computador ou aparelho de DVD estragado, para fazer o volante;

- 7 conectores de fio de luz 6 mm, encontrados em lojas que vendem material elétrico residencial;

- graxa, cola durepox, cola de silicone de alta temperatura disponibilizada em lojas de auto peças;

Principais medidas:

- Curso do pistão deslocador: 28 mm, o motor atinge picos de 1600 RPM e velocidades constantes de 1340 RPM;
- Comprimento do pistão deslocador: 20 mm;
- Curso do pistão de trabalho: 14 mm ou 16 mm;
- O primeiro cabeçote com 60 mm 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 de diâmetro em inox;
- O comprimento do cilindro frio é 30 mm (3 cm), com diâmetro de 57 mm;
- A tampa externa do pistão de trabalho, possui 45 mm de diâmetro;
- A tampa interna do pistão de trabalho, possui 30 mm de diâmetro;

Ferramentas usadas:

1 furadeira;

1 broca de 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm e 4 mm;

1 serrinha de cortar ferro;

1 mini morsa;

1 chaves de fenda, Philips, alicate de ponta e uma normal, martelo;

1 régua ou paquímetro de plástico;

1 graxa;

1 uma canetinha;

3 pregos;

1 estilete;

1 tesoura;

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

Quais são os tipos de motor Stirling >>>

Os principais cuidados na construção de um motor Stirling >>>

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

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

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

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Motor Stirling Alfa Ross Yoke

Desde o inicio de 2014, iniciei a construção do motor Stirling Alfa Ross Yoke. Neste vídeo abaixo, pode ser assistido o funcionamento deste motor.




Essa articulação se diferencia pelas seguintes características:

Vantagem:

- o mecanismo reduz a carga lateral da biela sobre os pistões, anulando praticamente qualquer possibilidade de atrito do pistão sobre o cilindro, porque o seu percurso é quase linear.
Na (fig. 2), é indicado o traçado imaginário em forma de um oito alongado, com uma largura de 2 mm e 28 mm de comprimento, sendo essa a trajetória da biela do pistão;

(fig. 2)

- este modelo, permite desenvolver um motor compacto;

- também possivelmente proporciona um melhor reaproveitamento da pressão, melhorando a eficiência do motor;

- um prolongamento da vida útil, boa vedação e baixo atrito dos pistões;

- para motores de pequeno porte, não é necessário lubrificação;

Desvantagem:

Como para tudo existe as dificuldades, o motor produz uma altíssima vibração, requerendo dezenas de horas em busca de um balanceamento dentro do aceitável, no desenvolvimento de contrapesos para este tipo de projeto, a fim de amenizar as excessivas vibrações do motor.

Também asseguro o alto nível de dificuldade na construção da articulação Ross Yoke, pois existe a necessidade de uma certa precisão na construção do sistema, sem que tenha folga, desalinhamentos e atrito.

No link abaixo, confira uma animação meramente ilustrativa do funcionamento do motor:
http://www.animatedengines.com/ross.html

O projeto terá 28 mm de curso total e 6,5 cc para cada pistão, com pistões de 14,5 mm de diâmetro.

Na (fig. 3), é possível verificar o comprimento de 90 mm para o guia do "T" e os 35 mm de comprimento do "T".

(fig. 3)

Na imagem 4, é possível observar as medidas de furação da largura do "T".

(fig. 4)

Na (fig. 5), pode ser visto o curso do "T".

(fig. 5)

Na (fig. 6), está desmontado o "T", na qual foi usado um eixo de cabeçote de vídeo cassete, um leitor do disco rígido de um HD, duas barras de alumínio com 3 mm de espessura e 6 mm de largura.

(fig. 6)

Na (fig. 7), está exposto os dois guias do "T" e nele afixado duas carcaças de motor de DVD recortado, com o objetivo de usar as buchas do motor elétrico, para evitar o desgaste prematuro do guia e reduzir o atrito.

(fig. 7)

Para quem ainda não conheceu o movimento deste mecanismo, deixo um vídeo abaixo a disposição.

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