Como fazer um motor Stirling de lata de coca

Se você tiver algumas latas de refrigerante e alguns outros acessórios fáceis de encontrar, poderá recriar um dos primeiros motores comercialmente viáveis ​​já feitos. Embora pequeno em tamanho, um motor Stirling da Coca-Cola ainda fala com a nossa alma mecânica coletiva enquanto se espalha e se desfaz em uma prateleira, girando um volante, girando algumas pás de ventilador ou até mesmo gerando alguns watts.

Sua própria simplicidade evoca um tempo diferente. E seja visto como uma prova de conceito, um modelo interessante, uma peça de conversa ou uma escultura cinética, fazer um motor Stirling de lata de refrigerante é uma ótima maneira de voltar ao passado.

O motor Stirling foi o cérebro de Robert Stirling, que inventou o conceito em 1816. A idéia por trás de seu motor era usar ar para alimentar um motor, em vez da tecnologia em ascensão na época - vapor.

O que diferenciava o motor de Stirling dos outros era o uso de um "economizador", que aumentava a economia de combustível. Isso agora é conhecido como um regenerador. Entre 1816 e 1843 Stirling e seu irmão, James, refinaram o design e a eficiência do motor. Em meados do século 19, seus motores estavam alimentando grandes indústrias, incluindo fundições. No entanto, seu motor, assim como a maioria dos motores de ar quente, era mais adequado para aplicações de baixa potência. Seu desejo de criar uma alternativa mais segura para os motores a vapor frequentemente explosivos foi derrotado pela necessidade de mais energia para operar indústrias em crescimento.

A primeira coisa que você deve saber sobre um motor Stirling é como as peças se unem e como elas funcionam.

1. Suprimentos para construir um motor Stirling de lata de coque
2. Preparativos para construir um motor Stirling de lata de coque
3. Montando um motor Stirling de lata de coque

Tire o regenerador de Stirling e você terá um motor de ar quente. Como funciona um motor de ar quente é simples. O ar se torna o que é chamado de "fluido de trabalho". Uma fonte de calor, no caso da maioria dos motores de lata de refrigerante Stirling , esta é uma vela de chá light, aquece o ar fazendo com que ele se expanda. O ar é então resfriado, fazendo com que ele se contraia. A expansão e contração do ar, ou fluido de trabalho, é um ciclo termodinâmico. Agora, use este ciclo termodinâmico para mover um pistão e você efetivamente permitiu que o ciclo termodinâmico produzisse trabalho mecânico útil. Quando você conecta um virabrequim ao pistão e adiciona um volante, você tem o básico de um motor.

Conclua a construção de um motor Stirling e você aprenderá mais do que algumas lições sobre engenharia caseira. Acima de tudo, construir um é muito divertido e dá a você a chance de ser criativo com o que a maioria das pessoas considera lixo. E vê-lo funcionar leva a um nível totalmente novo.

Parece simples? É, mas ainda falta um tempo antes que o motor seja construído. Você precisará de mais componentes, alguns materiais e uma compreensão de como todos eles se encaixam antes que seu motor comece a funcionar.

Aqui está o que você vai precisar:

Vamos fazer um tour pelos componentes que você construirá, ver como eles funcionam, o que fazem e como tudo se encaixa.

História de Stirling

Robert Stirling não foi o primeiro a tentar um motor a ar, mas foi o primeiro a criar um produto comercial viável, e seu projeto de motor foi colocado em uso em 1818 para alimentar uma bomba de água em uma pedreira.

"Você tem que pensar como um relojoeiro", diz Jim Larsen, um construtor de motores Stirling de longa data, autor e educador. "Você tem que prestar atenção nos detalhes. Se você prestar atenção nos detalhes, você tem mais chances de sucesso."

Os principais componentes de um motor Stirling são relativamente simples e diretos. Enquanto estamos nos concentrando em um motor de lata de refrigerante, os motores foram construídos com materiais que variam de latas de tinta a tambores de óleo. Larsen disse que durante um desafio de Ação de Graças enquanto visitava os sogros, ele construiu um motor Stirling a partir de diversos materiais de loja de ferragens, incluindo panelas e frigideiras.

As latas de refrigerante de alumínio oferecem formas prontas e pré-formadas perfeitas para os motores. Eles também são fáceis de trabalhar e, claro, muito baratos. E embora não sejam robustos o suficiente para uso sério, eles suportarão os micro-cavalos produzidos pela maioria dos planos de motores.

A câmara de pressão é um recipiente que retém o ar cativo, ou fluido de trabalho, dentro do sistema fechado. É aqui que o ar é aquecido e resfriado durante o ciclo termodinâmico. Embora os vazamentos de ar e pressão possam ser a ruína de muitos motores, a câmara de pressão realmente precisa de um pequeno vazamento controlado. Sem esse vazamento, a câmara se tornaria simplesmente um barômetro e apenas reagiria às mudanças na pressão barométrica do ar ao seu redor.

Larsen disse que muitos construtores de Stirling optam por mudar o fluido de trabalho na câmara de pressão de ar para hélio, que reage melhor durante o ciclo termodinâmico.

O mecanismo de acionamento usa a expansão e contração do ar dentro da câmara de pressão para acionar um virabrequim. O mecanismo de acionamento pode ser fixado na lateral do motor ou integrado à estrutura do motor.

Para Larsen, o virabrequim é a parte mais crítica do motor e influencia cada parte do todo, desde o tempo, o deslocamento do deslocador, a velocidade do volante e o equilíbrio do todo. "Esta é uma parte na qual você quer gastar tempo para acertar", disse Larsen.

O volante serve como mais do que uma indicação de que o motor está funcionando. Ele atua como uma espécie de dispositivo de armazenamento de energia. Um volante bem equilibrado pega a energia criada durante o curso de força do motor e a armazena. Quando a energia é necessária para empurrar o deslocador para baixo, o volante fornece sua energia armazenada para superar o atrito e outras forças. Sem um bom volante, o deslocador simplesmente subiria ao topo da câmara e permaneceria lá.

Larsen disse que ter um volante bem balanceado é a chave para a eficiência. Se a roda não estiver balanceada, o motor terá que trabalhar mais para movê-la. "Você não quer que o motor faça mais trabalho do que o necessário", disse ele.

O deslocador em um motor de ar quente serve para deslocar o ar dentro da câmara de pressão. Lembre-se, o motor não pode funcionar sem o ciclo termodinâmico onde o ar é aquecido e resfriado, causando expansão e contração. Se a câmara de pressão fosse simplesmente aquecida, sem nada dentro dela para deslocar o ar, o ar interno aqueceria e expandiria, mas nunca se contrairia.

Com a fonte de calor na parte inferior, o motor de ar quente também usa resfriamento na parte superior, geralmente gelo ou água fria, para resfriar o ar. À medida que o ar é aquecido, ele se expande movendo o deslocador para perto do topo da câmara de pressão. No topo da câmara, o ar é resfriado, se contrai e move o deslocador para baixo. Isso tudo acontece com o auxílio do mecanismo de acionamento, virabrequim e volante.

O deslocador é mais comumente um pedaço enrolado de lã de aço com um fio leve passando pelo centro. Lembra quando Larsen falou sobre a necessidade de pensar como um relojoeiro? Este é um desses momentos. O deslocador precisa ser capaz de deslizar livremente dentro da câmara de pressão, enquanto ao mesmo tempo enche a maior parte dela. Ele precisa permitir o fluxo livre de ar, enquanto restringe parte do fluxo. A ideia é minimizar o atrito e maximizar a eficácia. Este tema é uma constante em toda a construção do motor.

A caixa de calor é simplesmente um suporte no qual o motor fica. A fonte de calor é colocada abaixo do motor.

Isso parece muito trabalho para pouco retorno. Mas há uma sensação tangível quando você termina o motor, soluciona os problemas para fazê-lo funcionar e o vê soprando sozinho. Para Larsen, seu fascínio começou há mais de meia década, enquanto o seu pode começar em poucos dias.

Vídeo

Para assistir a um motor Stirling de lata de refrigerante em ação, confira este vídeo e vários outros online.

Origens