Como funciona um motor Stirling Alfa?

O motor do tipo Stirling Alfa, possui um funcionamento diferenciado em relação ao Gama e Beta, é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão quente é responsável pela produção do movimento mecânico decorrente da variação de pressão e vácuo interno do motor. O pistão quente é totalmente visível, extremidade em que a biela é fixa, diferentemente do Gama e Beta.

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

Este primeiro modelo, possui dois cilindros em paralelo.

Este vídeo explica o funcionamento do motor Stirling Alfa:




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, uma explicação do funcionamento de um motor Alfa:




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 sistema interno do motor.


Conheça o Tutorial de um motor Stirling Alfa simples >>>

Conheça o Tutorial de um motor Stirling Alfa, com uma melhora na potência >>>

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Leandro Wagner.

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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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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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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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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(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:

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

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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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