Să construim un motor Stirling

5

– Salutări tuturor iubitorilor de proiecte legate de energia regenerabilă! Vă propun să ne aplecăm astăzi asupra unui concept relativ vechi, dar care a fost readus în atenţia colectivă între altele şi de teama de criza energetică. Este vorba de motorul Stirling, o maşină termică ce operează prin cicluri de compresie şi decompresie a unui fluid de lucru, bazate pe diferenţe de temperatură şi care, în final, transformă direct energia termică în energie mecanică.

Practic, el are nevoie de două incinte care comunică, una fiind încălzită iar cealaltă răcită. Aerul sau gazul de lucru care se dilată, respectiv se contractă termic pune în mişcare doi cilindri (sau unul, funcţie de modelul ales), iar unul sau două sisteme cu bielă manivelă transformă mişcarea rectilinie într-una de rotaţie.

Motorul Stirling a fost inventat în al doilea deceniu al secolului al XIX-lea şi s-a dorit a fi un rival al motorului cu aburi, dar lipsa de putere comparativ cu acesta l-a clasat mereu pe locul al doilea.

Cu toate acestea, pentru aplicaţii casnice el poate fi utilizat cu rezultate uneori uluitoare.

Sunt mai multe modele conceptuale de astfel de motoare. Noi vom încerca să punem în practică tipul „gamma”, cu materiale ieftine sau chiar gratis, după metoda publicată de americanul Jim Larsen, un tip cu aplecare spre astfel de miniproiecte. Sigur, e vorba doar de un motoraş demonstrativ.

Pe site-ul său, http://www.stirlingbuilder.com, Jim prezintă între altele un motoraş Stirling realizat pur şi simplu dintr-o cutie de la vopsea.

Camera de presiune

Camera de presiune va avea înălţimea finală de 38 mm şi va fi construită din extremităţile unei cutii de vopsea. În acest sens, acestea se taie la o distanţă de 15,9 mm. Se taie cu grijă, pentru a putea păstra şi secţiunea centrală a cutiei. Vom mai avea nevoie de ea.

Se taie apoi din secţiunea rămasă o fâşie de tablă lată de 3 cm, cu o tăietură paralelă cu primele. Ea va deveni peretele lateral al camerei de presiune, fiind lipită pe interior de cele două capete ale cutiei, cu silicon termorezistent.

Pistonul

Capul de piston este tăiat dintr-o placă de polistiren extrudat de 5 mm grosime. El trebuie să intre în deschiderea cutiei de vopsea. Diametrul rondelei va fi cu doar 3 mm mai mic decât diametrul interior al cutiei de vopsea.

Se taie o piesă din sârmă de 1,5 mm grosime, la o lungime de 76 mm şi se îndoaie la 90 de grade la 19 mm de unul din capete.

Se dă o gaură de 1,5 mm în rondeaua de polistiren, drept în mijloc, o alta de 2mm într-o bucată de PAL sau OSB cu grosimea de 1 cm, se suprapun găurile, se trece partea lungă a tijei metalice prin cele două astfel încât latura mică a L-ului să se oprească în polistiren, unde se fixează  cu adeziv. Placa aglomerată, v-aţi prins, are rolul de a ajuta la obţinerea unui unghi de 90 de grade al tijei care iese din polistiren.

Înainte de a se trece la încleiat, se aplică puţină presiune pe capătul îndoit la 90 de grade al tijei, astfel încât acesta să creeze o depresiune în polistiren, apoi se lipeşte şi se lasă ansamblul la uscat. Tija trebuie să fie perpendiculară pe supărafaţa capului de piston.

Pregătirea cilindrului motor

Se dă o gaură de 10 mm în fundul unuei cutii de film fotografic. Ea va găzdui niplul ce uneşte cilindrul motor de camera de presiune. Se practică apoi o gaură în capacul cutiei de film şi se decupează până când nu mai rămâne decât un inel. Piesa va sigila diafragma de corpul cilindrului motor.

Pregătirea capacului camerei de presiune

Folosiţi un compas pentru a găsi centrul capacului cutiei de vopsea. Se dă o gaură de 6 mm în centru. Se localizează poziţia cilindrului motor, care va fi plasat cât mai aproape de margine, dar complet pe suprafaţa dreaptă a capacului cutiei de vopsea. Se marchează poziţia găurii folosind cilindrul motor găurit ca ghid. Se dă o gaură de 10 mm în locul marcat.

Pregătirea şi ataşarea simeringului camerei de presiune

Rolul acestuia: permite mişcarea axului de piston fără frecare mare şi fără scurgeri de gaz. Material: plastic UHMW (ultra high molecular weight), care este alunecos în mod natural. Se taie un pătrat de 25 x 25 x 9 mm. Se practică în mijlocul lui o gaură de 1,5 mm. Se fac ajustările necesare şi se lipeşte piesa pe mijlocul capacului cutiei de vopsea, potrivind găurile. Se utilizează tot silicon rezistent termic, cu mare grijă să nu îngusteze gaura axului de piston.

Ataşarea cilindrului motor

Acesta se prinde de capacul cutiei de vopsea, prin gaura de 10 mm, cu ajutorul niplului şi a două piuliţe subţiri. Partea din interiorul camerei de presiune va fi cât mai puţin invazivă, deci strict la înălţimea piuliţei. Se foloseşte silicon pentru etanşare.

Turnul arborelui cotit

Acesta este o cutie de conserve goală, la o dimensiune proporţionată ca în fotografie faţă de cutia de vopsea din care am construit camera de presiune. Se dau două găuri diametral opuse în peretele lateral, în apropierea capătului de sus, la aceeaşi distanţă (axul ce va trece prin ele să fie cât mai orizontal). Iată lagărele arborelui cotit! Se alege o tijă metalică la un diametrul doar cu puţin mai mic decât cele două găuri. Se taie deschiderile de acces în peretele lateral al cutiei, diametral opuse.

Cutia de conserve astfel ”aranjată” se lipeşte de capacul cutiei de vopsea, central, cu nişte L-uri mici din tablă şi cu adeziv epoxidic rapid. E importantă poziţionarea acesteia cât mai centrată.

Diafragma

Se improvizează un dispozitiv ca cel din fotografie, o masă de vacuumare dintr-un placaj găurit, având ataşat dedesubt capătul furtunului unui aspirator.

Se taie o cutie de film foto pentru a obţine un cilindru liber la ambele capete, cu o înălţime de 19 mm. Se taie o mănuşă din vinil pentru a obţine o bucată continuă, dreaptă, de material. Se întinde ca un tambur, pe o ramă rotundă care-l va ţine drept pentru procesul de termoformare. În imagine, acesta e întins pe un capăt al unei role goale de bandă de hârtie autocolantă. Se pune ”piesa” cu vinilul în sus pe masa de vacuumare şi porniţi aspiratorul.

Folosiţi un uscător electric de păr cu jet fierbinte pentru a încălzi vinilul. Când acesta a devenit relaxat şi neted, e timpul să fie scos. Se presează pe formă (cilindrul din cutie de film) şi se permite aspiratorului să-l tragă pe aceasta. Se închide foehn-ul. Se aşteaptă 10-20 secunde să se răcească vinilul şi se opreşte aspiratorul. Se scoate vinilul de pe formă şi se taie marginile în exces.

Pistonul cilindrului motor e confecţionat din două discuri plate tăiate din capacul unei cutii de iaurt, la dimensiunile formei. Se dă câte o gaură de 3 mm în centrul fiecăruia. Se plasează concentric, unul pe o parte, altul de cealaltă parte a diafragmei de vinil, se prind de aceasta cu o picătură de silicon. Cu un ac, se găureşte atent pelicula de vinil prin gaura comună. Se trece prin acest ”sandviş” un şurubel de 3 mm. Se pun piuliţe de o parte şi de cealaltă şi se strâng pentru a ţine ansamblul piston / vinil.

Arborele cotit

Se taie din sârmă groasă, de cuieraş de haine, la o lungime de 180 mm. Prima camă va fi deasupra centrului motorului şi va ridica cilindrul mare. A doua, deasupra cilindrului motor, va fi conectată cu pistonul acestuia. Cele două came sunt decalate la 90 de grade.

Prima camă va permite cilindrului mare să se deplaseze în sus şi în jos lăsând alternativ un spaţiu liber de 1,5 mm la capetele de sus şi jos ale camerei de presiune. Aşadar cursa va fi de 19 mm. Oricum va trebui să măsuraţi ca să fiţi siguri că se păstrează toleranţa de 1,5 mm specificată mai sus.

Ofsetul (abaterea de la ax) primei came va fi de 8 mm. Cel al celei de a doua came va fi de 3 mm, deci o cursă a pistonului de circa 6 mm.

Volantul

Înlăturaţi vopseaua de pe mijlocul unui capac de cutie de vopsea, pe interior. Se lipeşte acolo cu adeziv epoxidic o bucată de lemn tăiată paralelipipedic. Când adezivul s-a întărit, se găureşte piesa de lemn, în centrul ansamblului, astfel încât să încapă axul cu came. Se ataşează astfel acest volant la arborele cotit.

Conectori de axe

Sunt simple bucăţi de sârmă, care fixează axele celor două pistoane de axul cu came, ca în fotografiile alăturate.

Asamblarea motorului

Se presează capacul cutiei de vopsea în poziţia ferm închisă. Nu folosiţi ciocanul! Se ataşează conectorul de ax al cilindrului mare astfel încât acesta să nu atingă capetele cutiei în nici un stadiu al cursei. Se procedează similar şi cu cilindrul motor, cu grijă ca pistonul să se mişte liber şi să nu forţeze vinilul.

Suportul motorului

Se face dintr-o altă cutie de vopsea, cu decuparea unei deschideri de acces pentru introducerea dispozitivului de încălzit. Fotografia alăturată explică de la sine cum.

Indicaţii finale

Axul cu came se gresează în părţile în care vine în contact cu alte părţi metalice. Se foloseşte un ulei uşor. Se poate folosi şi la simeringul camerei de presiune.

Se plasează lampa în standul (suportul) motorului, în poziţie. Se aprinde şi se lasă 30 de secunde. Apoi se învârte uşor volanta. Direcţia de rotaţie e determinată de decalajul dintre cele două came.

Motorul va necesita probabil o echilibrare a volantei înainte de a funcţiona continuu. Dacă se opreşte, adăugaţi o mică greutate pe un punct extrem al diametrului volantei, dar tot în lateral. Dacă veţi observa rotaţia volantului, puteţi vedea că aceasta se opreşte în acelaşi poziţie. Lipiţi un bănuţ mic (chiar de 1 ban) la 15 grade, radial, în jos pe volanta, faţă de verticala superioară, când volanta e în poziţia blocajului.

Foarte probabil, această primă experienţă cu un motoraş Stirling vă va deschide apetitul de a experimenta şi modele mai evoluate şi a obţine beneficii reale de pe urma lor.

Vă dorim spor la treabă şi mult succes!

Ion  SCUTARU

loading...
Citește și
5 Comentarii
  1. MKB spune

    Super tare . Mai vrem articole de genul .

  2. radu spune

    MAI stie cineva cum erau motoarele de moara care ERAU DEMULT cu volante f. mari ,am vazut odata si imi amintesc de faptul ca aveau un fel de regulator de turatie

  3. radu spune

    MAI stie cineva cum erau motoarele de moara care ERAU DEMULT cu volante f. mari ,am vazut odata si imi amintesc de faptul ca aveau un fel de regulator de turatieDAR PT.CA ERAM PREA MIC nu am constientizat nimic.stiu ca actiona o moara.se stie macar ce turatie sau/si putere aveau??????????

  4. ilie spune

    foarte tare

  5. Ioan Bojan spune

    Nu inteleg de ce cercetarea stiintifica nu lanseaza in public prezentarea unor prototipuri pt. proea proproducerea de energie electrica si irigatii

Spune ce crezi

Adresa de email nu va fi publicata

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.