Como construir un Stirling

CÓMO CONSTRUIR UN MOTOR STIRLING CASERO

Antes de entrar en los datos del modelo, voy a dar algunos conceptos que resultan necesarios para la comprensión y posterior construcción del motor- El motor STIRLING es un motor de los llamados de combustión externa o motor de aire caliente. El aire que evoluciona en el interior del motor es siempre el mismo (aislado del exterior) y su volumen varía sólo en lo que corresponde al émbolo motor entre sus posiciones superior e inferior. Existen en el motor dos zonas: una fría y otra caliente. El motor cuenta con un mecanismo (desplazador) que hace que el aire pase de la zona fría a la zona caliente y luego a la zona fría nuevamente, produciéndose consecuentemente su expansión y su posterior contracción.. Esto es aprovechado por el embolo motor para producir potencia. Para que el ciclo se repita, el motor cuenta con un mecanismo inercial (volante) que lo hace posible. Veamos ahora un esquema de nuestro motor:

Partes utilizadas para este modelo

Construí la cámara de presión con una lata de aerosol de 58 mm de diámetro (insecticidas, aprestos, desodorantes de ambientes, etc) que debe ser necesariamente de hojalata. La tapa de la cámara es su misma tapa, que luego de cortada, se le rebaja levemente el diámetro para que entre en el fuste.

El desplazador lo construí con una lata de aerosol de aluminio de los usados para desodorantes personales. Su diámetro comúnmente es de 53 mm. con lo que el “juego” que queda entre desplazados y cámara es de 2,5 mm en todo el contorno.

Nótese que utilizando la propia tapa de los aerosoles, como son similares, se produce un perfecto "ajuste" de formas entre cámara y desplazador, con lo que se reducen significativamente las “zonas muertas”.Lo mismo ocurre con los "casquetes esféricos" que forman la base de los aerosoles. El largo del desplazador lo fijé en 80 mm, y como prefijé un “volteo” del cigueñal de 50 mm, el largo de la cámara de presión debe ser de 80+50+3=133 mm . Los últimos 3 mm son para que en su movimiento el desplazador nunca toque la base ni la tapa de la cámara, y no queden “zonas muertas”. El eje del desplazador lo construí con un tubo de aluminio de 6 mm de diámetro, que se desplaza apoyado por adelante en un agujero realizado en la tapa, y por detrás en un perno fijado a la base de la cámara.

Entiendo que esto no es indispensable y puede suprimirse usando un eje macizo de menor diámetro, ya que de cualquier manera resulta necesario disponer de un apoyo adicional que además oficie de “sello” para conservar la presión de la cámara.(ver croquis). Una alternativa sería usar un eje macizo de 2,5 o 3 mm de diámetro (rayo de bicicleta). y como sello usar la pequeña arandela de goma que traen las válvulas de los aerosoles. En tal caso, sólo es necesario desarmar la misma quitando la manguera de succión y cortando el plástico de acople, con lo que puede retirarse el resorte y el centro de la válvula, quedando armado el conjunto.

El émbolo motor lo construí con una jeringa de vidrio de 30 cm3, la que hice cortar como se muestra en la foto, para obtener un desplazamiento útil de 50 mm. Las bielas las construí con tubos y chapas de aluminio para disminuir la masa inercial. La conexión entre la cámara de presión y el cilindro del émbolo motor la hice con una manguera de polietileno que soporte la succión. El volante de 15cm. de diámetro, lo construí con chapa de MDF (Fibrofácil) de 3mm de espesor. En mi caso dispuse de un ruleman de disco rígido de computadora que adapté para el caso, pero estimo que un eje y buje resultan suficientes. En las fotos se observa una cámara de enfriamiento construida con una lata de conserva de las corrugadas, la que debería se mas grande para conseguir mejor eficiencia. Como medios de unión, utilice pegamento y masilla epoxi (dos componentes), y pegamento siliconado para alta temperatura. Este último por ejemplo para armar el desplazador y la cámara de enfriamiento. Puede usarse soldadura de estaño en algunos lugares, especialmente en la zona fría del motor. El resto es sólo madera, paciencia y prolijidad.

VIDEOS El Modelo 2

Un antecesor

Un sucesor

ALGUNAS INSTRUCCIONES COMPLEMENTARIAS

Hola todos…

Como hay cada vez más comentarios que me piden datos sobre los motores de los videos, se me hace cada vez más difícil poder contestarles a todos, por lo que voy a hacer una respuesta general… Para los que recién se inician les sugiero empezar por lo más simple, que es construyendo un modelo similar al del video N°2. Para ello visiten la página siguiente: http://www.physics.sfasu.edu/astro/courses/egr112/StirlingEngine/stirling.html En ella encontrarán todos los detalles para construirlo. Por supuesto, seguramente deberán adaptarlos a los materiales que consigan en cada país. Lean RECOMENDACIÓNES… al final del artículo. Para los que ya tienen alguna experiencia y quieren construir un modelo como el del video Nº3, sigan las instrucciones de la página para el del video N°1, con las siguientes variantes:

• En él usé un eje macizo, suprimiendo en consecuencia el apoyo del desplazador en su fondo (perno fijado a la base de la cámara). El apoyo en la tapa de la cámara se mantiene y como segundo apoyo utilice una válvula de aerosol desarmada, tal como lo explico en la “variante alternativa” del texto original.

• La principal diferencia consistió en que construí una tapa PLANA, tanto para el desplazador como para la cámara. Ello se debió a que conseguí un aerosol de desodorante personal que viene con una tapa de aluminio similar al cuerpo del aerosol, que convenientemente cortada y pegada con siliconas me permitió disponer de un desplazador mas sencillo, que permite arrimarse perfectamente a la tapa también PLANA de la cámara y así minimizar las zonas muertas que existían en el otro modelo. El desodorante es de la línea KOSIUKO y la tapa de la cámara es de hojalata, de un frasco común de vidrio para dulces, aceitunas etc. .

• Como el rendimiento alcanzado fue tan bueno no fue necesario disponer de un sistema de enfriamiento (tanque de agua, aletas, etc.) Eso experiméntenlo ustedes

RECOMENDACIONES PARA CONSTRUÍR EL MOTOR STIRLING DE LA PÁGINA “SFA Stirling Engine Project” CON ELEMENTOS QUE SE CONSIGUEN EN ARGENTINA

1.- Como acá hay una sola medida de latas de aluminio para gaseosas, para armar el desplazador utilizar dos fondos, uno con parte del lateral de la lata formando una especie de vaso, y el otro recortado de tal manera que se pueda introducir en el primero, enfrentado. Para mantenerlo en posición utilicé un aro de cinta de papel de la altura adecuada, el que queda perdido en el interior del desplazador. Para pegar ambas piezas usar adhesivo siliconado para alta temperatura

2.- Como vaso de presión usar una lata de conservas de hojalata (de las corrugadas) o mejor una de aceite de oliva que es de la misma medida pero lisa. Hay dos medidas distintas. Las que van son las de 73 mm de diámetro (Arcor, La Campañola o similar). Para la TAPA sí utilizar las más pequeñas (de 70 mm de diámetro, generalmente para tomates o arvejas). Esta se introduce unos milímetros dentro del vaso y se la puede pegar con adhesivo siliconado alta temperatura. Tengan en cuenta que lo que yo llamo “tapa” es también un pequeño vaso o recipiente que contendrá el hielo o el agua fría. (aclaro que en el modelo N°2 utilicé para el vaso una lata de 70 mm) La tuerca que figura en las especificaciones es para generar una guía para el eje del desplazador, y puede reemplazarse por cualquier tubo, plástico o metálico. Yo utilice un tubo de bronce soldado con estaño, ya que está en la parte fría del motor y no hay peligro de que se derrita. Una vez armado el conjunto medir exactamente el recorrido del desplazador y recién ahí definir el volteo a dar al cigüeña, teniendo en cuenta que el desplazador no debe tocar ni el fondo ni la tapa.

3.- Para los ejes y cigüeñal yo usé rayos de bicicleta que son bien rectos, aunque puede usarse cualquier alambre. Para las bielas conviene usar alambre de aluminio, porque es fácil de modelar y tiene menor masa inercial.

4.- Para los soportes de las bancadas de apoyo del cigüeñal se puede usar cualquier sistema (yo usé alambres y tubos de bronce), aunque es importante minimizar el rozamiento, usando como bujes una chapa de hojalata con un pequeño agujero por donde pasa el eje.

5.- Tampoco es imprescindible respetar estrictamente las dimensiones del diafragma de goma (que es el verdadero motor). Yo calculo que si se lo pudiera reemplazar por un pequeño cilindro y pistón sería más eficiente.

6.- Balancear lo mejor que se pueda el volante (CD) y tratar de que quede perfectamente centrado. A continuación un video del modelo N°1