Como fazer um motor Stirling de lata de Coca

Como você pode transformar um deles em um pequeno motor? Quer saber mais? Confira essas fotos do motor do carro! Sean Ellis / Escolha do fotógrafo / Getty Images

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 de tamanho pequeno, o motor Stirling de uma lata de Coca-Cola ainda fala com nossa alma mecânica coletiva enquanto respira e se quebra em uma prateleira, girando um volante, girando algumas pás do ventilador ou até mesmo gerando alguns watts.

Sua própria simplicidade evoca uma época diferente. E seja visto como uma prova de conceito, um modelo interessante, uma peça de conversa ou uma peça de escultura cinética, fazer uma lata de refrigerante no motor Stirling é uma ótima maneira de voltar ao passado.

O motor Stirling foi fruto do cérebro de Robert Stirling, que inventou o conceito em 1816. A ideia por trás de seu motor era usar o ar para acionar um motor, ao invés da tecnologia emergente da 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 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 moviam 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 as frequentemente explosivas máquinas a vapor 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 encaixam e como funcionam.

Conteúdo

1. Suprimentos para a construção de um motor Stirling de lata de coque
2. Preparativos para construir um motor Stirling de lata de coque
3. Montagem de um motor Stirling de lata de Coca

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 denominado "fluido de trabalho". Uma fonte de calor, no caso da maioria dos motores Stirling de lata de refrigerante, esta é uma vela acesa, 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 terá efetivamente permitido que o ciclo termodinâmico produza trabalho mecânico útil. Quando você conecta um virabrequim ao pistão e adiciona um volante, você tem o básico de um motor.

Continue construindo um motor Stirling e você aprenderá mais do que algumas lições sobre engenharia caseira. Acima de tudo, construir um é muito divertido e lhe dá 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 pouco 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 precisa:

• Três (3) latas de refrigerante
• Um (1) balão
• Dois (2) mamilos falados
• Quatro (4) blocos de terminais elétricos 5A
• Lã de arame de aço
• Uma tampa de garrafa de plástico
• Cabo de aço
• Fio de cobre
• Vareta de cavilha
• Fio elétrico
• Fio de pesca
• Três (3) discos compactos
• Abridor de lata
• Canivete
• Super cola [fonte: ScrapToPower.com]

Vamos fazer um tour pelos componentes que você estará construindo, 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 acionar uma bomba d'água em uma pedreira.

Uma vela simples pode fornecer o calor para um motor Stirling de lata de refrigerante. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

“Você tem que pensar como um relojoeiro”, diz Jim Larsen, um antigo construtor de motores Stirling, autor e educador. "Você tem que prestar atenção aos detalhes. Se você prestar atenção aos detalhes, terá uma chance maior 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 durante um desafio de Ação de Graças ao visitar sogros, ele construiu um motor Stirling com diversos materiais de loja de ferragens, incluindo potes e panelas.

As latas de refrigerante de alumínio oferecem formatos pré-moldados, perfeitos para os motores. Eles também são fáceis de trabalhar e, é claro, muito baratos. E embora não sejam robustos o suficiente para uso sério, eles suportam os micro-cavalos de potência produzidos pela maioria dos planos de motor.

o câmara de pressão é um recipiente que mantém 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 de pressão possam ser a maldição de muitos motores, a câmara de pressão na verdade precisa de um pequeno vazamento controlado. Sem esse vazamento, a câmara simplesmente se tornaria um barômetro e só 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 a contração do ar dentro da câmara de pressão para acionar um virabrequim. O mecanismo de acionamento pode ser conectado à lateral do motor ou integrado à estrutura do motor.

Para Larsen, o Virabrequim é a parte mais crítica do motor e influencia todas as partes do todo, desde o tempo, a viagem do corpo imerso, a velocidade do volante e o equilíbrio do todo. "Esta é uma parte na qual você deseja dedicar algum tempo para acertar", disse Larsen.

o volante serve como mais do que 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 potência 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 até o topo da câmara e permaneceria lá.

Larsen disse que ter um volante bem equilibrado é a chave para a eficiência. Se a roda não estiver equilibrada, o motor terá que trabalhar mais para movê-la. "Você não quer que o motor trabalhe mais 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 dentro dela se aqueceria e se expandiria, mas nunca se contrairia.

Com a fonte de calor na parte inferior, o motor de ar quente também usa o resfriamento na parte superior, geralmente gelo ou água fria, para resfriar o ar. Conforme 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 preenche 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 ao longo da construção do motor.

o caixa de calor é simplesmente um suporte sobre o qual o motor se assenta. A fonte de calor é colocada abaixo do motor.

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

Vídeo

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

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• Como funcionam os motores de automóveis
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• Como funcionam os motores de dois tempos
• Como funciona um motor de lâmpada quente

Fontes

• Brown, Perninha. "Como funcionam os motores de ar quente." Motores de ar quente. (29 de fevereiro de 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Editores da Make Magazine; "The Best of Make." O'Reilly Media, Inc. 2007. Pgs. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29 de fevereiro de 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Entrevista pessoal. 2 de março de 2012
• Larsen, Jim. "Onze produtos de motor Stirling que você pode construir." Publicação independente, janeiro de 2012. (29 de fevereiro de 2012)
• Larsen, Jim. "Motor Stirling rápido e fácil." Auto-publicado. Setembro de 2011. (29 de fevereiro de 2012)
• Legal, Karim. "Como funcionam os motores Stirling." .com. 4 de maio de 2001. (29 de fevereiro de 2012) https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. "Dean Kamen desenvolvendo híbridos ecológicos que rodam em qualquer coisa que queime." Gizmag.com, 28 de junho de 2009. (1 de março de 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/