Fabrica tu Stirling

Stirling "Nicole"

El objetivo de este pequeño proyecto.

Anteriormente hice un LTD Stirling que necesita una diferencia de temperatura mínima de 12 ° C entre la placa inferior y superior; ver la página correspondiente.

Tuve las siguientes intenciones de hacer una segunda versión:

1. Significativo más fácil de hacer;

2. Disminuyendo la diferencia de temperatura mínima requerida con algunos grados Celsius;

3. Cilindros transparentes para desplazador y pistón de trabajo;

4. Una apariencia más "llamativa".

El entrenamiento

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1. Haciendo las partes.

a. Los cilindros transparentes.

Para el cilindro desplazador transparente, corté una rebanada de una caja de galletas (holandesa) con un diámetro exterior de 100 mm y un grosor de pared de 2 mm y torné las llantas muy bien planas.

El cilindro de vidrio para el pistón de trabajo se corta de un tubo de ensayo estándar.

segundo. La rueda volante.

Para esto usé dos CD que pegué en un núcleo de aluminio. Mucho más fácil que hacer un volante de metal y una buena apariencia si se toman CDs decorados con un color elegante o elegante.

do. El desplazador.

Esta vez utilicé madera de balsa de 5 mm de espesor como la que se usa para aviones modelo; Muy ligero, rígido y plano. Primero pegue el núcleo de aluminio en el desplazador un poco grande. Atornille el eje del desplazador en el núcleo y póngalo en el embrague de la máquina torneadora. Muela el diámetro con cuidado hasta un diámetro que sea 2 mm más pequeño que el diámetro interior del cilindro transparente para que haya un espacio libre de 1 mm entre el desplazador y el cilindro.

re. Las placas de aluminio del cilindro.

Excepto por el borde exterior en el que se pegará el cilindro transparente (como último paso de trabajo), toda la placa inferior tiene un grosor de solo 1 mm para un calentamiento rápido. Esto es especialmente importante cuando desea que el motor funcione con su mano.

La placa superior es relativamente gruesa para hacer posible el montaje de las piezas pero, para todos, para hacer una capacidad de calor sustancial. Esto contribuye a mantener la temperatura lo más baja posible junto con el hecho de que la placa está pulida. Con la ausencia de separadores de fijación metálicos en la circunferencia, la conducción de calor desde la placa inferior a la placa superior es casi cero. La placa superior solo será calentada lentamente por el aire en el sistema que es inevitable y parte del principio de Stirling. Según mi experiencia, el efecto del enfriamiento de las aletas en la placa superior es apenas perceptible e incluso no está presente en el arranque cuando la temperatura de esta placa es igual a la temperatura ambiente. Por lo tanto, las aletas de enfriamiento no ayudarán a arrancar el motor con la mano. Enfriar la placa superior con un pequeño cubito de hielo en una caja de aluminio en la placa superior es muy efectivo, aunque puede considerarse como un remedio forzado. Es solo la forma en que lo miras.

mi. El cojinete de deslizamiento para el eje desplazador.

Esta es la parte más crítica de un Stirling de baja temperatura. Debe estar libre de fugas como sea posible con la menor fricción posible y esto también es válido para el pistón de trabajo en su cilindro. Lo mejor que se puede hacer es aplicar un eje estándar en un casquillo deslizante estándar, por ejemplo, como se usa en todo tipo de dispositivos pequeños como impresoras, discos duros, etc. Nunca logré crear una calidad de este tipo con casquillos de bronce hechos por nosotros mismos. Una buena alternativa es hacer un arbusto de grafito y eso es lo que hice en este caso. Este casquillo de grafito se pega en la placa superior.

F. El cigüeñal.

De hecho, esta es la única parte que requiere alguna habilidad (de soldadura) pero con cierta precisión y paciencia se puede hacer muy bien. Para hacer las piezas y el ensamblaje, mejor puedo referirme a las hojas 3 y 7 del plan de dibujo y al comentario 4 en la hoja de dibujo 8; Véase también el punto "d" en el párrafo 2 a continuación.

sol. Los rodamientos de punta del cigüeñal.

En lugar de rodamientos de bolas, apliqué aquí rodamientos de punta como los usados ​​en los relojes.Hice esto antes con éxito con mi Huevera Stirling. Aunque no puedo medirlo, tengo la fuerte sensación de que la fricción de este cojinete de punto es incluso más baja que la de un cojinete de bolas, por supuesto, cuando se realiza una separación fraccionada allí. Además, es una construcción muy simple con lo que los extremos biselados del cigüeñal giran en agujeros cónicos en los tornillos M4 en los dos soportes. Esto hace que también sea fácil ajustar el cigüeñal en la dirección horizontal para que las varillas de transmisión estén exactamente en línea con sus cilindros correspondientes.

2. El montaje y equilibrado de todo el sistema.

a. Primero haga todas las partes de acuerdo con el plan, excepto el contrapeso. En caso de pequeñas dimensiones de desviación de la pared transparente disponible para el cilindro desplazador y / o el tubo de vidrio para el cilindro de trabajo, adapte las dimensiones correspondientes en ambas placas de aluminio. Termine el desplazador de madera (balsa) bien cilíndrico y plano con el eje en el mandril de su listón. Tenga cuidado de que el desplazador no se tambalee.

b. Pegue la pared transparente del cilindro, el tubo de vidrio para el cilindro de trabajo y el cojinete de grafito en la ranura correspondiente resp. Los orificios y en la placa superior del cilindro de aluminio con el conocido kit de silicona para el hogar transparente. Retire inmediatamente todo el kit de desbordamiento dentro y alrededor de la pared del cilindro y deje que el kit se endurezca durante al menos un día.

c. Atornille los dos soportes verticales en la placa superior de manera que los orificios M4 para los cojinetes de punta estén bien alineados, controlando eso colocando un eje de ajuste a través de ambos orificios. Si es necesario, coloque una junta tórica de goma muy fina sobre los extremos de los hilos en la parte inferior de los soportes para hacer posible esta alineación.

d. Ensamble las piezas para el cigüeñal, incluidas las varillas de transmisión y los cojinetes de grafito. Pase las bandas de la manivela sobre el eje central aún sin cortar de 84 mm de longitud en lo que los extremos apuntan antes, como se indica en el plan. Coloque los dos ejes cortos para las varillas de transmisión a través de los otros orificios de las bandas de la manivela, junto con los cojinetes de grafito y las varillas de transmisión. ¡Tenga cuidado de colocar las diferentes barras de conducción en sus lugares correspondientes en el cigüeñal! Coloque las bandas de la manivela exactamente en los lugares correctos de acuerdo con las dimensiones indicadas en la hoja de dibujo 3 y haga que se desplacen a 90 ° de la mejor manera posible. Suave soldadura todas las partes cuidadosamente juntas; El eje de la varilla de transmisión corta solo en el exterior de las redes. Con los extremos algo achaflanados de este eje corto, las fuerzas de soldadura serán lo suficientemente fuertes como para soportar las fuerzas muy bajas en el cigüeñal cuando el motor esté funcionando más adelante. Corte o triture las partes del eje central entre las bandas con cuidado.

e. Arme el resto de las piezas como se indica en la hoja de dibujo 2, excepto la placa de aluminio inferior y el contrapeso en los dos CD. Ajuste los cojinetes de punto de manera que las varillas de transmisión estén exactamente en las líneas centrales de ambos cilindros y haga un espacio fraccional en los cojinetes de punto para lograr una fricción mínima. Gire el volante del CD y verifique si el desplazador no toca nada en su cilindro. Los espacios de las placas superior e inferior deben ser de aproximadamente 1 mm.

f. Ahora todo el sistema debe ser mecánicamente equilibrado. Esto debe hacerse sin la placa inferior para evitar cambios de presión molestos en el sistema. Bien equilibrado, se eliminará la fuerza gravitatoria que contrarresta en el sistema simétrico.

Este procedimiento de balanceo es el siguiente:

- Primero, sobredimensiona un poco el grosor del contrapeso para que se pueda apagar paso a paso hasta el peso correcto después;

- Gire ligeramente el volante sin contrapeso y espere hasta que se detenga. Gire con el cigüeñal y coloque la rueda de CD para que el orificio del contrapeso quede en la parte superior. Fije la rueda volante e indique su posición relativa respecto al eje central haciendo marcas de banco con rayones opuestos en el núcleo de la rueda volante y el eje. Con eso es posible volver a encontrar la posición correcta del volante en caso de que se distorsione más adelante;

- Coloque el contrapeso en el orificio del volante y gire el volante nuevamente. Debido a que el contrapeso es demasiado pesado, el sistema ahora dejará de girar con el contrapeso en algún lugar en la parte inferior. Ahora el contrapeso debe apagarse poco a poco hasta que el sistema se detenga con una posición aleatoria completa del contrapeso. Un trabajo que consume algo de tiempo, pero importante para lograr la eliminación de la fuerza de gravedad de acción contraria y, con eso, una diferencia de temperatura mínima requerida para que el motor funcione.

g. El montaje final se refiere al pegado de la placa de aluminio inferior a la pared transparente del cilindro. Uno debe evitar el desbordamiento del kit de silicona que entra en el cilindro, lo que puede perturbar el movimiento del desplazador. Coloque solo una película delgada de silicona en la superficie exterior de la ranura en la placa de aluminio y haga lo mismo en el borde inferior exterior de la pared transparente. Presione la pared en la ranura y gírela un poco para distribuir el kit en ambas superficies. Extienda el kit en el exterior del cilindro con un dedo humedecido para obtener una conexión suave y hermética. Las resistencias de tal conexión de pegamento serán más que suficientes después del endurecimiento porque las fuerzas en esta placa inferior serán muy bajas.

Finalmente: ¡¡No engrase nunca ninguna parte de lo delgada que es !! Si todas las partes que se mueven unas sobre otras son súper suaves y limpias, no hay necesidad de aceite. Por el contrario, la viscosidad de aceites muy finos es, en la mayoría de los casos, fatal para este tipo de baja temperatura (léase: baja potencia). Stirlings

El rendimiento de este LTD Stirling.

El siguiente gráfico muestra la relación entre la diferencia de temperatura (eje x) entre la placa del cilindro superior e inferior y la velocidad de revolución (eje y) del motor. Para estas medidas coloqué el motor con la placa inferior en una lámina de agua con una temperatura de inicio de aproximadamente 40 ºC. Podría medir esta temperatura de manera exacta y fácil durante el enfriamiento con un termómetro de mercurio. La temperatura de la placa superior era constante e igual a la temperatura ambiente.

A temperaturas más altas a medida que ocurren cuando el motor se coloca en una taza con agua caliente, se puede alcanzar una velocidad de revolución máxima de aproximadamente 500 revoluciones por minuto. El tiempo de ejecución varía de 30 minutos a más de una hora, dependiendo del tamaño y las propiedades de aislamiento de esta taza. Con un pequeño trozo de hielo en la caja de metal en la placa superior, este tiempo de ejecución se puede ampliar significativamente, ya que reduce el inevitable calentamiento de la placa del cilindro superior.

Las condiciones de funcionamiento en una mano.

Entonces, este motor comienza a moverse a aproximadamente 8 ° C de diferencia de temperatura. De hecho, unos 4 ° C menos que con mi modelo anterior, pero esperaba una diferencia de temperatura de 5 ° para que el motor funcione en circunstancias ambientales normales. Debido a que no puede calentar la placa superior a 28 ° C en su mano, la temperatura ambiente debe ser de 28-8 = 20 ° C o menos, lo que no es el caso en circunstancias normales de la sala de estar. Con la ayuda de una caja de aluminio con un pequeño cubo de hielo en la placa superior, el motor funcionará con la mano. Puede ser un remedio forzado pero eso depende de la forma en que lo mires.

El dibujo del plano

Hice un paquete de dibujo CAD para este Stirling de baja temperatura; click aquí para una solicitud.