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

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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 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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