Teste de atrito e vedação de um motor Stirling caseiro

Muitas pessoas me perguntam, "Porque o meu motor não apresenta o mesmo rendimento que o motor do Manual do motor Stirling?". A resposta está neste vídeo!



De uma forma geral, quando uma pessoa inicia a construção de seu primeiro motor, prontamente possui uma preocupação com as medidas ideias para fabricar um bom motor, porém o maior cuidado é com o atrito e a vedação, onde às vezes limita o desempenho do motor ou mesmo nem funciona.

Se o virabrequim com o pistão deslocador, estiverem praticamente sem atrito e uma boa vedação, já está garantido um bom funcionamento do motor, independente das medidas de curso que o motor tiver.

Algumas orientações:

- ao montar o motor, deve ser feito um teste de atrito do pistão deslocador dentro do cilindro quente, ou seja, ao movimentar o pistão deslocador ou mesmo girar dentro de uma segunda lata de alumínio, o peso dessa própria lata, deve ser suficiente para que essa lata permaneça parada no lugar, sem a necessidade de segura-lá. Porém evite deixar folga entre o pistão deslocador com as paredes do cilindro quente;

- ao girar o eixo (virabrequim) sem volante, como visto no instante "2:02" do vídeo acima, o eixo irá apresentar o movimento de vai e vem antes de parar por completamente. Caso isso não aconteça, o virabrequim pode estar empenado (torto) ou os mancais (moedas) com orifício muito justo;

- novamente deve ser repito o teste acima, porém desta vez com o pistão deslocador CONECTADO ao virabrequim e o pistão de trabalho DESCONECTADO do virabrequim, para verificação do atrito, como no instante "1:29", onde mesmo com pistão deslocador CONECTADO ao virabrequim, o eixo deve apresentar o movimento de vai e vem, antes de parar por completamente.

- neste modelo de motor, a vedação não é o ponto mais critico para que o motor tenha um simples funcionamento, porém se objetivo é ter um motor com um desempenho relativamente bom, a vedação do motor deve ser praticamente perfeita, como visto no instante "2:20".

O principal ponto de fuga de ar, ocorre na deformação do furo do primeiro cabeçote.

Neste caso, deve-se ter o máximo de cuidado ao furar o cabeçote, para que não tenha uma folga excessiva da haste do pistão deslocador. Também um extremo cuidado ao encaixar o cabeçote com o pistão sobre o cilindro quente, assim o furo do cabeçote não será danificado, evitando uma possível fuga de ar.

Outro possível local com fuga de ar, é na montagem do balão com as tampas e o sobre o cilindro frio.

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

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

                    

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Medidas do virabrequim do motor Stirling Gama de latas de cerveja

Observação!!! Essa medida deste virabrequim é referente ao "Tutorial 2"!

Comprimento das dobras: cada dobra do virabrequim tem 14mm (1,4cm), sendo que o curso total de ambos os pistões será 28mm (2,8cm).

Diâmetro do eixo: este eixo é um raio de bicicleta em inox, com 2,5mm de diâmetro, conhecido como raio grosso.

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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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(Tutorial 1) Dicas em texto e suas devidas medidas, parte 1

Conheça novo motor: com 1600 RPM >>>

Como funciona um motor stirling Gama

Este motor funciona com a dilatação do ar (quando aquecido) e com sua contração (quando resfriado).

Quando o pistão deslocador (lata interna) é movimentado para cima, o ar que estava na parte fria do cilindro (no topo), é deslocado para baixo, indo para a parte mais quente. Em contato com as paredes aquecidas, o ar é aquecido e a pressão dentro do cilindro aumenta repentinamente, com o aumento do volume do ar. Consequentemente, o pistão de trabalho ( feito com balão) é empurrado para cima, fazendo o virabrequim girar. Quando o pistão deslocador é movimentado para baixo, ocorre o inverso, pois o ar que estava na parte quente é deslocado para cima, se esfria e se contrai, produzindo um vácuo e fazendo com que o pistão de trabalho seja sugado para baixo e, assim, continuando o giro do virabrequim.

Simplicidade: um detalhe importante que faz com que este modelo de motor seja simples é o fato de que ele não possui válvulas, porém o ar deve estar confiando no interior do motor.

Água: O emprego da água consiste no resfriamento da parte superior do cilindro (lado frio), evitando o super aquecimento, o que mantém a maior diferença de temperatura possível entre as regiões quente e fria do motor, melhorando seu rendimento.

Explicação em vídeo: Este vídeo explica o funcionamento básico do motor Stirling Gama:

Reparem no vídeo (no instante 1:20) onde o eixo do motor deve ficar neste vai e vem "sem atrito" antes de parar por completamente. Isso quando não estiver ligado ao pistão de trabalho (balão), como no vídeo.

Em outro teste no vídeo em (no instante 3:05), nota-se que o balão infla e encolhe com ar conforme o eixo é girado. Isso acontece com a chama acessa em baixo do motor.

Alguns dos motivos que podem o impedir funcionamento do motor!

Em geral os motores não funcionam em duas situações: quando existe fuga de ar ou quando existe excesso de atrito nas peças móveis.

Para descobrir se o motor possui fuga de ar, pode ser feito o seguinte teste: desengate a haste do pistão de trabalho (balão) do virabrequim e puxe o balão! Se o mesmo inflar com ar, significa que existe algum furo em algum ponto (pois houve entrada de ar no cilindro). O balão deve sempre retornar para o mesmo ponto onde estava antes de iniciar o teste. É importante lembrar que este teste deve ser feito sem o fogo.

Para descobrir onde está o vazamento, mergulhe aquele possível ponto em água e ao surgir bolhas de ar, quando o pistão de trabalho é empurrado a força para dentro, é este o possível ponto com fuga de ar.

Caso necessite de mais ajuda, clique em ler mais:
Ler mais>>>...

Veja o vídeo >>>

Todo a explicação do tutorial é feita com base neste vídeo abaixo:

visualizar lista completa

-> Lista de materiais usados para a construção deste motor:

-> Ver lista >>>

Colagem:

(fig.1) ampliar foto e outras informações

Para fazer a colagem dos materiais, é usado uma cola vermelha de silicone para alta temperatura (fig.1). Essa cola pode ser comprada em lojas que vendem peças automotivas. É usada, por exemplo, para garantir a vedação do motor no momento da montagem do cabeçotes de motores automotivos.
Cerca de 10 minutos para uma pré-secagem e 24 horas para uma secagem completa.
Ver onde comprar e sua aplicação >>>

Como fazer o pistão deslocador!

(fig. 2) ampliar foto e outras informações

Pistão deslocador: foi usado uma lata de Red Bull 250ml (fig. 2) "lata interna".
Seu diâmetro é de 53mm (5,3cm) e 70mm (7cm) de comprimento.

(fig. 3) ampliar foto e outras informações

Haste: um raio de bicicleta de sustentação usado como haste para o pistão deslocador, deve ser de 2mm fabricado em aço aço inox, pois assim ele não empena com facilidade devido sua rigidez, evitando que o pistão vibre dentro do cilindro e, conseqüentemente, evitará fricção do raio sobre a bucha.

(fig. 4) ampliar foto e outras informações

Improviso: este raio pode ser fixado na lata de Red Bull com sua própria porca, a qual deve ser cortada ao meio (fig. 4).

Comprimento da haste do pistão deslocador: mantenha o comprimento original do raio de bicicleta, até definir o comprimento exato necessário.

-> Veja as instruções para o comprimento da haste >>>

(fig. 5) ampliar foto e outras informações

Cuidado: este pistão deve ser totalmente lacrado para que não tenha vazamento de ar, evitando que a pressão produzido pelo motor entre para o interior do pistão (fig. 5).

->Ver mais fotos e informações >>>

(fig. 6) ampliar foto e outras informações

Outras sugestões: nesta foto (fig. 6) encontrarão outras marcas de lata com 53mm de diâmetro, diversificando à opção de materiais para construir um pistão deslocador.

-> Veja outro exemplo de pistão >>> 






Sugestão de outro tipo de pistão deslocador >>>



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Como aumentar a velocidade do motor em latas de alumínio para 1600 RPM >>>

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

Quais são os tipos de motor Stirling >>>

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

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(Tutorial 2) Dicas em texto e suas devidas medidas, parte 2

Como fazer o cilindro:

(fig. 7) ampliar foto e outras informações

Cilindro: a lata externa (cilindro) é de spray desengripante, de bom ar ou de inseticida ***(fig. 7), outra opção é a lata de Coca Cola Burn.
Medidas: 57 mm de diâmetro e 120 mm de comprimento (medida externa já cortada).

***Cuidados importantes ao abrir a lata >>

(fig. 8) ampliar foto e outras informações

Curso: o curso total (movimento de vai e vem) do pistão deslocador é de 28 mm e deve haver, no máximo, 3 mm de folga em cada extremidade do cilindro. Ex: 2 mm de folga do cabeçote + 70 mm comprimento do pistão + 28 mm de curso total do pistão + 2 mm de folga antes do pistão chegar ao fundo do cilindro, num de total = 102 mm. Essa medida é o espaço interno do cilindro. Recomenda-se + 18 mm de borda para o encaixe do cabeçote na parte superior do cilindro (fig. 8). Assim, a medida externa do cilindro resulta 120 mm de comprimento total.

(fig. 9) ampliar foto e outras informações

A posição do furo: o centro do furo no cilindro, onde a luva é colada, é localizado a uma distância de 30 mm de cima para baixo ou 90 mm de baixo para cima.

Isso não é crítico, mas tenha cuidado para que o cabeçote não tampe esse furo (fig. 9).

(fig. 10) ampliar foto e outras informações

Cuidados ao montar: o pistão deslocador deve ficar suspenso dentro do cilindro, sem tocar em parte alguma, sendo que recomenda-se que exista uma folga de 2 mm entre a periferia do pistão e as paredes internas do cilindro (fig. 10).
          
->Ler e ver medidas do cilindro >>>

Cabeçote e medidas:

(fig. 11) ampliar foto e outras informações

Cada cabeçote do cilindro do motor (no vídeo, ver no instante 8:26), pode variar entre 5 a 6 cm de comprimento. Deste modo, a distância entre as buchas é de aproximadamente 5 cm após o encaixe (fig. 11).
           
-> Veja mais informações >>>

(fig. 12) ampliar foto com medidas

Medida: o comprimento total da lata onde está fixo suporte do virabrequim, desde o inicio da lata até a altura do centro do eixo (virabrequim) é 13,5 cm, como pode ser visto em "12:17".

Bielas: são cortadas após a conclusão da fabricação do motor, pois o comprimento varia conforme a construção de cada motor.
           
-> Veja uma foto detalhada >>>



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(Tutorial 3) Dicas em texto e suas devidas medidas, parte 3

Bucha e solda:

(fig. 13) ampliar foto com medidas

Onde encontra? Essa bucha de bronzina, pode ser encontrada em toca-fitas auto-reverse (de carro). Na fig. 13, pode ser vista a posição onde tal bucha se localiza no mecanismo.

Vídeo: no vídeo abaixo, é ilustrado a retirada da bucha do mecanismo de toca-fitas:

http://youtu.be/UyUT5dtkj-Q

 

                         -> ver foto de rádios toca fitas de carro >>> 


ATENÇÃO! Caso tenha dificuldades para a aquisição desta bucha, ela pode ser substituída por uma moeda de 5 centavos revestida em cobre, na cor dourada (fig, 14).

(fig. 14) ampliar foto

Procedimento: inicialmente faça um furo de 1,5 mm no centro da moeda e, em seguida com uma broca de 2 mm. Depois, teste se o raio (haste do pistão deslocador) desliza livremente pela moeda, mas sem folgas, para evitar fugas de ar e garantir o bom funcionamento do motor.

Vídeo: o vídeo abaixo explica a fabricação da bucha com uma moeda:

http://youtu.be/ikPMJx6Xl18

Outra dica: a região onde é feita a solda, deve ser lixada e limpa, como pode ser visto no instante 0:50 do vídeo acima. Evitem colocar os dedos sobre a região lixada, pois a gordura natural dos dedos, pode atrapalhar a fixação da solda. Ao soldar, siga os seguintes passos: aqueça um pouco a bucha, retire o soldador da peça, coloque o estanho no soldador, ponha o soldador sobre a parte lixada, espalhando o estanho e, se necessário, adicione mais estanho até concluir a solda. Por fim, espere até esfriar.

Teste da solda: para certificar-se que a solda ficou boa, tente remover o estanho com algum outro objeto. Se descolar, é necessário lixar novamente e refazer a solda. Quando a solda é bem feita, não é possível remover, sem aquecer novamente.

(fig. 15) ampliar foto

Lixar: antes de colocar a bucha na posição, é necessário lixar a lata com algum objeto afiado (instante 1:40 do vídeo). Pode ser usado, por exemplo, uma lamina de cortar metal (fig 15).

Observação: não lixe por baixo da bucha, somente a sua volta e um circulo ao redor do furo no cabeçote, com o diâmetro da bucha. Não lixe perto do furo do cabeçote.

Poderão conferir no vídeo Tutorial 8:45 à 8:55, como foi feita a solda da bucha no cabeçote. Note que é necessário faze-la por todo o contorno da bucha, garantindo uma boa vedação.

(fig. 16) ampliar foto

Dicas sobre a solda: se o metal for aquecido excessivamente, também há possibilidades da não fixação da solda de estanho na peça (fig 16). O metal deve estar em uma temperatura entre 60 à 80 C°, no ponto de queimar os dedos. Se a peça estiver fria, também haverá dificuldades para concluir uma solda. 

(fig. 17) ampliar foto

A necessidade de duas buchas: no vídeo Tutorial em 9:55, fiz uma demonstração com uma única bucha. Pode-se ver que a haste do pistão emperra dentro da bucha. Por essa razão é usado duas buchas, uma faz a vedação e a outra funciona como guia, evitando esse travamento da haste, como pode ser visto em 11:00 onde há movimento livre.

Fugas e atrito!!! Certifique-se de que não há fugas de ar entre a haste do pistão deslocador e a bucha. Revise os excessos de atrito nas partes móveis. Caso tenha fuga de ar, o motor irá girar precariamente ou talvez nem mesmo funcionar!

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(Tutorial 4) Dicas em texto e suas devidas medidas, parte 4

Forninho:

(fig. 18) ampliar foto com medidas

Função: neste caso, a lata de pêssego (fig. 18) foi para uma maior concentração de calor sob o cilindro. Recomendo a instalação de uma descarga no formato de chaminé, para possibilitar a saída de fumaça e um bom funcionamento da lamparina.

Confira o ponto de maior produção de
                              calor pelo fogo >>>

Virabrequim com raio:

(fig. 19) ampliar foto com medidas

O tamanho da dobra do virabrequim para ambos os pistões, são de 14 mm (1,4 cm), sendo que os pistões percorrem uma distância total (curso) de 28 mm (2,8 cm).

Alterações: quando o tamanho do curso for maior, o motor terá mais torque e menor rotação. Se optar por cursos menores que citado no projeto, terá a situação inversa (maior rotação e de menor torque).
Com estes cursos, encontrei um ponto de equilíbrio no projeto (fig. 19).


              ->Ver todas as medidas das dobras do virabrequim >>>



Este vídeo explica a fabricação do virabrequim com raio de bicicleta 2,5mm em inox:

http://youtu.be/Hg3VSW4eBYw

Pistão de trabalho:

(fig. 20) ampliar foto com medidas

Pistão de capacitor: o pistão de trabalho (fig. 20) pode ser feito capacitor eletrolítico e um tubo seringa de vidro, como aqueles utilizados em pistolas para vacinar animais, o qual pode ser comprado em agropecuária. Neste caso utilizei um tubo da marca "WALMUR 50 ML", que ficou satisfatoriamente adaptado ao capacitor.

Diferença entre marcas: cada marca possui milésimos de milímetros de diferença no diâmetro. O diâmetro interno da seringa que usei é de 25 mm. O capacitor que melhor se adaptou ao tubo de vidro foi encontrado fonte de TV Philips 17" preto e branca antiga ou de algumas fontes e monitores de computador.


No meu caso ficou muito bom. Confira no meu vídeo abaixo a vedação e a compressão do ar:

http://youtu.be/Zp_SKvcRE30

(fig. 21) ampliar foto com medidas

Pistão com Balão: este outro vídeo é a explicação de como fazer o pistão com balão. Em 0:50 os dois botões de volume de rádio, podem ser substituídas por duas tampas de produto de limpeza (confira clicando na fig. 21), com diâmetro de 35mm. O pistão feito com balão deve ser totalmente vedado (sem fugas de ar), sendo ele o responsável na produção da força mecânica do motor.

 

-> Veja mais detalhes >>>

http://youtu.be/bXuHaSTsciQ

Outra opção de pistão caseiro: este vídeo é a terceira opção para a fabricação de um pistão caseiro, sendo ele fabricado com durepóxi.

http://youtu.be/7QrIAoc0Snc


Atenção: este vídeo acima e o texto abaixo são de propriedade de Silas Marques Ferreira >>>

[Pistão feito com durepox no próprio cilindro a ser utilizado, que é forrado com +- 2 voltas de plástico (pacotes de bolacha), besuntados com vaselina ou óleo para não grudarem a massa. Forra-se o interior do cilindro com o plástico, coloca-se a massa já no formato mais próximo possível, mas com uma boa folga para não forçar e enrugar o plástico. Usando o lado liso de uma broca, ou outra ferramenta qualquer, ir pressionando a massa até que tome a forma do cilindro. Após isso, pressionar no centro para que forme o furo central do pistão e, após a secagem, furar transversalmente para inserir o eixo da biela. Para as manivelas, usamos clipes nº 8, que são fáceis de se dobrar, e pedaços de tubo de cotonetes como buchas.]

Volante:

(fig. 22) ampliar foto com medidas

Volante: este volante (fig. 22) é montado com 5 CDs, colados uns sobre os outros, com auxilio de um tubo de CDs, para facilitar a centralização. O conector de fio de luz foi soldado em uma chapa de metal que, por sua vez, é parafusado nos CDs. Após o encaixe no virabrequim, o parafuso do conector é apertado sobre este eixo.
                       
-> Veja o tubo de CDs >>>  

Vídeo com a fabricação do volante, a partir dos 7:25 minutos:

Lubrificação:

(fig. 23) ampliar foto com medidas

Lubrificante: ao testar o motor, use graxa (fig. 23) para lubrificar a haste do pistão deslocador, o virabrequim e a biela, não use óleo. Pois este perde rapidamente sua viscosidade e trava a haste do pistão deslocador na bucha.

Dica: gire a haste do pistão deslocador sobre si mesma até encontrar a melhor posição, ou seja, quando o pistão deslizar com facilidade sem travar e mantenha regulado nesta posição.

Dica para o amaciamento: desconecte o pistão de trabalho e adapte um pequeno motor elétrico ao eixo do virabrequim. Deixe-o rodando por um longo tempo, para o amaciamento do motor (desgaste das peças móveis), reduzindo os possíveis excessos de atrito.

Conectores de fios elétricos:

(fig. 24) ampliar foto com medidas

Conector: este conectores de fios elétricos de 6mm (fig. 24), são usados para aparafusar os raios de bicicleta (biela e haste).

Onde comprar? Podem ser compradas em lojas de material elétrico residencial.

Gerador:

(fig. 25) ampliar foto com medidas

Gerador: recomendo como gerador um motor que, originalmente, é responsável pela ejeção da fita num aparelho de vídeo cassete (fig. 25). Este motor produz maior tensão (Volts) e pouca corrente (Amperes). É uma ótima opção para alimentar LEDs.

Vantagem: ele exige pouco energia mecânica do motor Stirling e gira facilmente (pouquíssimo atrito). É preciso lembrar que o motor Stirling, normalmente, gera pouca potência mecânica.

-> Outras sugestões de geradores >>>

Lamparina:

(fig. 26) vídeo tutorial da lamparina

Cuidados no manuseio: devido o aquecimento do combustível na tocha (lamparina), deve haver um pequeno furo de alívio ao lado do pavio, evitando que a pressão interna expulse o álcool.

Como fazer a lamparina? Para quem tiver dúvidas quanto a construção da lamparina, deixo o vídeo abaixo com tutorial a disposição:

http://youtu.be/pPnRbc7ogqo

Três links privativos do meu antigo motor e sua reações:

http://www.youtube.com/watch?v=amfGcj6sbck

http://www.youtube.com/watch?v=1mtjDjPmtxk

http://www.youtube.com/watch?v=17QOemPslPs

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