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?

                    

Qualquer dúvida ou sugestões de melhorias, entrem em contato!
Leandro Wagner.

Relatos e testes de potência realizados com o motor Stirling em latas de 1800 rpm

No vídeo abaixo, pode ser conferido novos testes desempenho:

Inicialmente após construir, o motor apresenta picos de 1860 rpm em rotação livre. No dia seguinte, em um novo teste, não passou os 1820 rpm. Uma semana depois, após um reparo no cilindro frio, iniciou-se uma novela, não passou dos 1700 rpm e assim a cada teste piorava até ficar em picos de 1350 rpm.

Minha primeira desconfiança, estava no pistão deslocador e nos mancais.

Então resolvi fazer a troca do pistão deslocador, que agora passou de 25 mm para 35 mm de comprimento, assim eliminando a área morta (10 mm) existente do projeto anterior, veja na fig. 1. Novamente caiu para 1400 rpm, porém o torque ficou maravilhoso, mesmo mantendo os mesmo cursos para cada pistão. Então de fato estava comprovado, não havia problemas com o pistão deslocador.

fig. 1

Resolvi trocar os mancais (moedas fig. 2) de 5 centavos pelas de 10 centavos e piorou ainda mais, máximo 1350 rpm e constantes de 1220 rpm! Com essa alteração, novamente confirmei que eu estava no caminho errado.

fig. 2

Eu já estava ficando frustrado, quanto mais alterava, pior era o desempenho. Sinceramente, tinha vontade de colocar o motor no armário de tanta decepção!

O torque era o melhor de todos os meus motores de latinhas, mas não alcançava a incrível velocidade inicial.

Algum efeito físico, aerodinâmico, ou problema térmico do material estava ocorrendo, o atrito dos novos mancais em baixa rotação é aparentemente parecido como um rolamento, fuga de ar praticamente não existia para um motor caseiro! E ainda não havia uma explicação de concreto para o temido problema! Se motor não tivesse atingido 1800 rpm nos primeiros testes, eu não estaria encafifado.

O meu amigo Elton, comentou se esse problema poderia ser decorrente do cilindro quente (fig. 3)! Passei a analisar o comentário de Elton e em partes fazia sentido, pois foi o primeiro motor onde não usei uma lata da marca Coca Cola como cilindro quente! Então desmontei novamente e fiz um novo cilindro quente.

fig.3

Fiz os testes e finalmente a solução do temido problema!!!

Neste primeiro teste, o motor atingiu 1700 rpm, caindo até 1550 rpm e após de dois minutos em funcionamento, passou a funcionar em constante de 1600 rpm.

Como havia relatado, eu troquei o cilindro quente por um novo, porém ao desmontá-lo, entortei a haste do pistão deslocador, e constatei algo desagradável. Com o rápido movimento do pistão deslocador, a lã de aço compactou-se e soltou-se da haste, ou seja, o pistão tem 35 mm de comprimento, mas a lã se encontrava somente com 27 mm de comprimento e o restante transformou-se em uma lacuna aberta. Outra vez fiz um novo pistão deslocador e fixei uma chapinha no meio do pistão, para resolver esse novo problema, decorrente da alta velocidade.

Os resultados com gerador estão descrito abaixo, sendo que a temperatura da água variava entre 65 até 75°C.

Então realizei os primeiros testes com o gerador, com o novo o pistão deslocador de 35 mm de comprimento.

  4 leds          1179 rpm         3,89 V . 0,083 A = 0,32 Watts

10 leds          1130 rpm         3,43 V . 0,043 A = 0,30 Watts

30 leds          1180 rpm         3,31 V . 0,092 A = 0,30 Watts

Rotação livre, picos 1830 rpm e constantes 1600 rpm!

Este motor apresenta um desempenho melhor que a versão anterior (1600 RPM), tanto em velocidade, torque e potência.

Tenho vontade de medir a potência mecânica do motor, mas preciso primeiro uma mini balança de precisão. Este motor simples está com desempenho impressionante, da gosto de vê-lo em funcionamento!

Agora cheguei ao limite deste projeto simplificado, ainda existe possibilidades de melhorias no desempenho, mas é necessário alterar muitas coisas, dificultando a construção. Tenho uma leve desconfiança, que este projeto com um gerador adequado, seria possível produzir até 0,50 Watts. Também quero fazer um outro teste, com dois geradores simultaneamente, sugestão sugerida por Miro!

Existem inúmeras outras possibilidades de alteração:

- reforçar o virabrequim;

- dois volantes para estabilizar o motor;

- rolamentar o virabrequim;

- alterar o fundo do cilindro quente;

- alterar o curso do pistão de trabalho;

- substituir o diafragma por uma seringa de vidro 50 ml;

- fazer o balanceamento dos pistões;

- aperfeiçoar o fluxo de ar no forninho;

- fazer novos testes com um novo tipo de lamparina, para testar o limite de fundição do cilindro quente;

- instalar buchas no cabeçote, para aumentar a resistência;

- estudar uma maneira de resfriar o primeiro cabeçote;

- instalar uma bomba de água;


Principais medidas:

- Curso do pistão deslocador: 20 mm = 1800 RPM
- Comprimento do pistão deslocador: 35 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 suporte 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;


Lista dos materiais >>>

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Agradeço a todos que acompanham essa trajetória,
Atenciosamente Leandro Wagner.