segunda-feira, 10 de março de 2014

Motor Stirling Alfa Ross Yoke



Desde o inicio de 2014, iniciei a construção do motor Stirling Alfa Ross Yoke. Neste vídeo abaixo, pode ser assistido o funcionamento deste motor.




Essa articulação se diferencia pelas seguintes características:

Vantagem:

- o mecanismo reduz a carga lateral da biela sobre os pistões, anulando praticamente qualquer possibilidade de atrito do pistão sobre o cilindro, porque o seu percurso é quase linear.
Na (fig. 2), é indicado o traçado imaginário em forma de um oito alongado, com uma largura de 2 mm e 28 mm de comprimento, sendo essa a trajetória da biela do pistão;

Manual do motor Stirling, desenho da trajetória
(fig. 2)


- este modelo, permite desenvolver um motor compacto;

- também possivelmente proporciona um melhor reaproveitamento da pressão, melhorando a eficiência do motor;

- um prolongamento da vida útil, boa vedação e baixo atrito dos pistões;

- para motores de pequeno porte, não é necessário lubrificação;

Desvantagem:

Como para tudo existe as dificuldades, o motor produz uma altíssima vibração, requerendo dezenas de horas em busca de um balanceamento dentro do aceitável, no desenvolvimento de contrapesos para este tipo de projeto, a fim de amenizar as excessivas vibrações do motor.

Também asseguro o alto nível de dificuldade na construção da articulação Ross Yoke, pois existe a necessidade de uma certa precisão na construção do sistema, sem que tenha folga, desalinhamentos e atrito.

No link abaixo, confira uma animação meramente ilustrativa do funcionamento do motor:
http://www.animatedengines.com/ross.html

O projeto terá 28 mm de curso total e 6,5 cc para cada pistão, com pistões de 14,5 mm de diâmetro.

Na (fig. 3), é possível verificar o comprimento de 90 mm para o guia do "T" e os 35 mm de comprimento do "T".

Manual do motor Stirling, medidas do "T"
(fig. 3)

Na imagem 4, é possível observar as medidas de furação da largura do "T".

Manual do motor Stirling, medidas do "T"
(fig. 4)

Na (fig. 5), pode ser visto o curso do "T".

Manual do motor Stirling, medidas do curso do "T"
(fig. 5)

Na (fig. 6), está desmontado o "T", na qual foi usado um eixo de cabeçote de vídeo cassete, um leitor do disco rígido de um HD, duas barras de alumínio com 3 mm de espessura e 6 mm de largura.

Manual do motor Stirling, "T" desmontado do motor Ross Yoke
(fig. 6)

Na (fig. 7), está exposto os dois guias do "T" e nele afixado duas carcaças de motor de DVD recortado, com o objetivo de usar as buchas do motor elétrico, para evitar o desgaste prematuro do guia e reduzir o atrito.

Manual do motor Stirling, braço guia do "T" do sistema de articulação Ross Yoke
(fig. 7)















Para quem ainda não conheceu o movimento deste mecanismo, deixo um vídeo abaixo a disposição.




Confira a lista de materiais de outros modelos de motores Stirling:



Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Gama" feito em latas de cerveja!











Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Alfa" simples, feito com seringas de vidro!









   Manual do motor Stirling, Alfa, 1500 rpm caseiro
Confira a lista deste modelo>>>


Confira a lista de materiais de um motor Stirling Alfa melhorado, feito com seringas de vidro!



Qualquer dúvida ou sugestões de melhorias, entrem em contato!
Leandro Wagner.

24 comentários:

  1. Para fazer o contrapeso, não basta do outro lado do volante fazer outro braço de ross yoke defasado em 180º com outros 2 pistões em paralelo aos do lado oposto e volante na horizontal? Isso faria um efeito como um pedalo de bicicleta e reduziria o efeito da gravidade. Em teoria esse motor terá torque muito superior, sendo melhor para gerar energia ou sofrer carga. Estou montando um com 4 seringas de 20ml (12cm de embolo), sendo 2 sistemas, cada uma em ross yoke de cada lado do volante horizontal em 180º, utilizarei em pvc de alta temperatura um condensador para passagem de água gelada no tubo de alumínio que interligará as seringas. pensei também em utilizar o pistão maior para usar o embolo da seringa sem haste e sim apenas encostadas e empurranto alavancas com eixo a 2/3 do comprimento, ficando para o braço de ross yoke a metade do comprimento do pistão o que aumentará a força do motor, ex: se o vibrequim tem defasagem de 1cm em relação ao eixo, o embolo vai deslocar 2cm, periodo 2x em relação a rotação. Aguardando apenas chegarem as seringas de vidro para montar o prototipo,

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Olá amigo,

      Sim, fazendo um segundo braço do sistema Ross Yoke, porém para o lado oposto como você comentou, certamente ficará perfeitamente estabilizado, mas todas as medidas e pesos devem ser iguais ao outro.

      Ok, eu entendi o seu projeto. Te pergunto, você já fez um outro motor do modelo Alfa como uma primeira contato? Caso não tenha ainda feito um outro motor, não recomendo começar pelo Ross Yoke.

      Porque sem ter este primeiro teste e experiência, o seu projeto pode se esbarrar em diversos outros problemas, como atrito, fuga de ar e até mesmo inclinações que ao seu ver não poderia fazer essa diferença. Não estou dizendo que você não é capaz, mas não é simples como aparenta.

      Outra coisa, o que pretendes usar como cilindro quente além da seringa de vidro?

      Qual seria o curso de cada pistão?

      O que pretendes usar na articulação do pistão com a biela? Ou como pretendes fazer isso?

      Você possui acesso a torno?

      Não use água gelada, se fizer isso, terá a formação de umidade dentro do cilindro frio, emperrando o pistão.

      Este meu projeto está no momento parado, por falta de tempo. Até o mês de junho não terei mais tempo para dar continuidade no trabalho. Preciso construir mais dois motores em lata, para uma apresentação na capital e pretendo fazer os mais rápidos que já construir no segmento de latas.

      Leandro Wagner.

      Excluir
  2. Este comentário foi removido pelo autor.

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Olá amigo,

      Quanto ao desenho que você me enviou, tenho uma observação a fazer.

      Como já mencionei, água gelada não recomendo, mas água em temperatura ambiente, tudo bem! Porém o ponto em que você pretendes fazer o resfriamento com água ambiente, é inadequado para um modelo Alfa. Porque eu e um amigo, já fizemos os testes e comprovamos esse efeito.

      No motor Alfa, o tubo que interliga os dois cilindros, quanto mais quente, melhor é o desempenho. Porque funciona tipo um regenerador de calor, os seja, pré aquece o ar frio, antes mesmo do ar entrar no cilindro quente.

      No motor Gama ocorre o contrário, quanto mais frio o tubo que interliga o dois cilindros, melhor será o rendimento do motor.

      O que pretendes usar como cilindro quente além da seringa de vidro?

      Leandro Wagner.

      Excluir
    2. como ainda não chegaram minhas 4 seringas de vidro 20ml, ainda vislumbro a possibilidade de fazer um motor gama de 8 cilindros usando as seringas como pistão frio. certamente usarei ross yoke e alavancas de força, mas perco a possibilidade de usar hidrogenio pq o cilindro quente será dificil de isolar. Já usou hidrogênio? Tinha em mente usar um tubo de aço de sifão de pia de cozinha, por ser polido por dentro e por fora e soldar o copo inferior do sifão para isolar uma das pontas. O problema seria fazer o pistão, o lubrificante bom é pó de grafite.

      Excluir
    3. Olá teste, se for possível, qual é o seu primeiro nome?

      Todas as seringas que tenho (marca: Arti Glass, Ruth e duas outras), são toleráveis até 200° C, mesmo as seringas de 20 ml como a de 50 ml que tenho.

      Não usei gás Hidrogênio e nem Hélio, porque eu já me esbarro com a vedação ao tentar somente fazer pressurizar com o "ar". Se eu não consigo confinar o ar, nem preciso tentar com gás! Porque meus motores ainda não foram projetados para pressurização.

      Caso queria substituir o "ar" por algum "gás", terá que remover o ar de dentro do motor e isso o meu motor nem suporta ainda.

      Este sifão de pia de cozinha, você pretendia usar como cilindro quente ou frio?

      Leandro Wagner.


      Excluir
  3. ok, pela dica da água ví que pode ser usada, mas não com ar, mas as seringas devem ser enchidas com hidrogênio que potencializa o efeito térmico, um experimento de eletrólise domestico em um balde com agua salgada já fornece a quantidade necessária: http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo_legenda/23034be2f249902440805e6368d9eba1.jpg

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Ok, se você conseguir pressurizar o gás Hidrogênio no motor, vai funciona muito bem.

      Como eu já havia comentado, as seringas são perfeitas em sua vedação, porém para os gases nobres, ainda não é o suficiente. é possível que tenha fuga do gás pelos pistões e nas demais vedações. Porque a densidade do gás é baixa em visto do ar.

      Leandro Wagner.

      Excluir
  4. pistão com a alavanca: apenas contato, pode ser colada uma metade secção cano para gerar a superfície de contato em semi-circunferência com a alavanca, sem que haja arraste ou atrito, vai empurrar a alavanca e ser comprimida pela mesma, alavanca com ross yorke, ligadas por 2 braços de 3 placas de aluminio com a interna menor, deixando folga entre as externas, ligadas por prego polido, soldado como eixo nas duas pontas, para a articulação. Caso queira fazer um sistema mas leve e menos resistente, hastes de aluminio com as articulações de um guarda-chuva sacrificado em nome da ciência vão funcionar, mas no meu caso, quero fazer um volante imantado e a bobina, ou acoplar um dinamo de brinquedo, para carregar uma bateria que servirá de estabilizador de tensão (http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-552520720-bateria-9v-recarregavel-elgin-320-mah-_JM) e usá-la para acionar a própria bomba para a refrigeração do cilindro frio (http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-544009672-compressor-de-ar-a-pilha-whale-c-pilhapescatransport-isca-_JM)

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. A biela você pretende fazer em alumínio, que tipo de alumínio? Se sim! Deverás colocar uma bucha, porque mesmo com um eixo polido em INOX, o alumínio emperra no eixo, isso já me aconteceu com este virabrequim, no teste de bancada, o eixo é aquele que fica no meio do "T".

      Essa articulação que você mencionou de guarda chuva, não funciona! É muito fraca, a compressão do motor é tanta, que foi necessário usa uma biela de raio em INOX, de 2,5 mm de diâmetro, para aquentar o tranco do meu motor Alfa antigo. Isso que o meu motor foi construído com seringas de 10 ml!!!

      Ok, o motor Alfa normal como o meu, somente produz em eletricidade 0,5 Watts, isso ainda é pouco para carregar decentemente uma bateria, mas como você mencionou que pretendes fazer um motor com duplo cilindro, aí podes ser que tenha potência suficiente.

      Você já fez um outro motor do modelo Alfa como uma primeira experiência? Se não, recomendo que primeiro faça um simples! Isso não será perda de tempo e sim ganhar tempo! Mas a escolha é sua.

      Leandro Wagner.

      Excluir
    2. grato pela ajuda, ia usar o aluminio mas com sua dica vou mudar para porcas de latão polidas internamente com broca para eliminar as roscas com diâmetro interno levemente maior que o eixo e usar grafite em pó para lubrificar.

      Excluir
  5. teoricamente a seringa apenas já suporta até 400º C cada, o Hidrogênio vai dar uma turbinada e não é dificil de ser extraído, com 12 cm de embolo o curso do pistão pode ser de 6 cm sem perda de fluido (pode ser renovado facilmente após um período longo), encher uma seringa, já com o tubo de interligação no tudo de ensaio da eletrólise para com ela encher a outra, pistões na metade do tubo indo de -3cm a +3cm e vibrequim de 1,5, alavanca com eixo em 2/3 faz a conversão e dá força à rotação sem esforçar o pistão.

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Não tenho um conhecimento aprofundado, se as seringas suportam até os 400° C, mas no rótulo das minhas, não é recomendado ultrapassar os 200° C.

      Pelo que entendi, o curso dos pistões do seu futuro motor deve ser de 6 cm, porém eu acho que é muito curso.

      Devido a uma falha nos cálculos do meu futuro motor, os pistões já terão 4 cm de curso e estou preocupado, temo que terei que reduzir o curso dos dois pistões. Porque o permutador térmico, não será tão eficiente para dar conta da compressão.

      O meu motor terá em cada cilindro 7 cc e o seu pelo que calculei com as informações que você forneceu, terá 17 cc em cada cilindro.

      Leandro Wagner.

      Excluir
    2. Segundo verifiquei a seringa de vidro intercambial de vidro borossilicato suporta ate 400 graus, provavelmente por serem de 10 ml as suas podem sofrer mais o efeito da dilatação do vidro. Quando digo 6cm, é 3cm de deslocamento positivo em relacão ao eixo e 3cm negativo e isso vai representar a metade de deslocamento no vibrequim. Você diz de a seringa não suportar pelo bico transferir gás suficiente e gerar uma retenção? minha outra alternativa caso isso ocorra é serrar o bico da seringa e acoplar um tubo de mesmo diametro de cobre flexivel, destes usados para gás de ar condicionado split. Quem sabe aplico o calor no cobre ao invés do vidro, o fluxo de gás será perfeito, sem tensões de pressão do afunilamento do bico. Me parece uma boa alternativa, o que acha?

      Excluir
    3. Sim, eu entendi quanto ao curso do seu pistão, são então de 6 cm(60 mm), mas volto observar, que este curso é excessivo. O seu motor pode não vir a funcionar devido a elevada compressão.

      O curso máximo recomendado para suas seringas, seria em torno de 4 cm (40 mm). Mas volto te dizer que a escolha é sua!

      Eu me referia, que o vidro não suporta esse calor todo, e outro problema, o calor não penetra suficientemente para dentro do cilindro quente. Mas o orifício do bico da seringa, também dificulta o fluxo do ar, o mínimo recomendado é um saída de 4 mm de diâmetro.

      Isso eu descobri no meu motor Alfa simples (TUTORIAL 3), onde eu coloco o calor direto nas seringas, quando aumentei o curso em 3 mm para cada pistão, a velocidade e potência foram menores, ou seja, dos atuais 1000 RPM para 600 RPM. Porque a compressão aumenta tanto, que o permutador térmico (seringa de vidro neste caso) é ineficiente para essa compressão, consumido parte da energia do motor para vencer a compressão. Se o permutador térmico fosse eficiente, teria que melhorar sua performance.

      Quanto ao aquecer o motor pelo tubo de cobre, não posso afirmar nada, temo que o cobre não resista altas temperatura e entre em fusão. O cobre também possui um alto coeficiente de dilatação, isso pode lhe gerar problemas na vedação quando super aquecido.

      Leandro Wagner.

      Excluir
  6. melhor relação da engranagem de ross Yoke

    https://www.youtube.com/watch?v=5HuWcmGos1c&feature=youtube_gdata_player

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Olá Amigo,

      Eu não entendi a sua exclamação.

      Leandro Wagner.

      Excluir
    2. apenas um modelo dizendo que o Ross Yoke perfeito para maximizar a velocidade tem que ter as medidas de tal forma que o furo do pino interno tem que fazer 120º com os outros 2 da haste. Gostei da ideia de fazer buchas vou usar porcas de latão alargadas internamente com broca e lubrificar o eixo com pó de grafite.

      Excluir
    3. o braço de sustentação do ross yoke pode ter qualquer comprimento desde que maior que meia haste do ross yoke? não achei essa relação.. Tendo essa proporção posso confeccionar a estrutura.

      Excluir
    4. encontrei um tutorial para construir uma planilha excel para calcular as dimensões do Ross Yoke: http://usefulstuffonly.blogspot.com.br/2007/10/ross-yoke-analysis-for-stirling-engines.html

      Excluir
    5. Ok, eu tenho entendido a sua explicação sobre os 120°, mas não posso te afirmar o que é o correto e quais as medidas ideias para um bom padrão na construção do "T" do sistema Ross Yoke. Isso é um assunto novo para mim, e tenho mais que aprender do que a ensinar.

      Neste projeto, tenho me baseado com que já foi feito e com um bom funcionamento, este é o meu ponto de partida e depois farei os demais testes.

      Desculpe, não posso te afirmar ou aconselhar qual a medida ideal para um braço de sustentação do Ross Yoke. Tudo é um conteúdo novo e que precisa ser explorado, mas o meu projeto, está compartilhado nas fotos acima.

      Interessante essa planilha! Agora quanto à construção daquele sistema Ross Yoke em madeira, é muito rústico para um motor Stirling. Este modelo de motor, não permite ter folgas do tipo apresentado no vídeo ou mesmo o atiro que aquele projeto tem!

      Meu conselho é, se tiver interesse em fazer um motor com grandes números de cilindros ou mesmo de grande porte, primeiro faça um motor como os meus, após conseguir desempenho similares aos meus motores, você possui conhecimento suficiente para entrar em uma nova categoria.

      Amigo, não quero que me entenda que eu sou o sabe tudo ou mesmo negativista. Se eu faço este alerta, porque eu quero te poupar de serviços desnecessários ou frustrações na qual irá desistir pela metade do projeto.

      O motor Stirling é uma configuração muito simples, porém por outro lado um modelo super complexo em sua construção, ele não permite erros em vedações e atrito.

      Todos no inicio se preocupam com as medidas, eu mesmo sou exemplo disso, onde não dei devida importância ao atrito e a vedação. Sendo isso mais importante que qualquer outra medida dentro do padrão aceitável.

      No meu caso, fiquei 3 meses construindo meu primeiro motor e nada de funcionar. Até que iniciei um novo motor de lata na vertical ao longo de 1 mês, e consegui fazer com que o motor funciona-se 10 voltas consecutivas e parasse novamente. Aí descobrir como é critico o atrito e a vedação. O atrito precisa ser menor que um rolamento médio e a vedação perfeita como uma seringa de plástico.

      Leandro Wagner.

      Excluir
  7. Olá, como faço para enviar um e-mail pra você Leandro ?

    Queremos tentar adaptar este motor para trazer água de um riacho.

    Queria tirar algumas dúvidas com você...

    Estou montando um modelo com Seringas de 20ml.

    1 - Este motor tem força ? Podemos adapta-lo para ter um pouco ?

    2 - O Tamanho das Seringas (10 ou 20ml) ou " reservatório do gás " influencia na "potencia" do motor ?

    3 - Ele consegue mover coisas com peso (500g à 1k) ? Resulta em perda de RPM ?

    4 - O Reservatório FRIO tem que ser MAIOR que o reservatório Quente ? ( deixar mais espaço nas seringas )


    Quero monta-lo e mostrar pra você! Seu trabalho é muito legal!

    Parabéns e fico no aguardo!

    Forte abraço!

    Alessandre

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. Olá Alexandre, caso queira entrar em contato comigo, poste seu endereço de e-mail aqui mesmo e logo deleto esse comentário.

      Resposta 1:Os meus modelos de motores, não possuem potência suficiente para trazer a água de um riacho. Neste caso, seria necessário um motor maior, como de um americano (https://www.youtube.com/watch?v=joUCcJhBm8U).

      Diversos fatores influenciam na potência do motor, mas em primeiro lugar deve ter uma vedação perfeita e praticamente nada de atrito.

      Depois os dados técnicos e materiais utilizados. Ex: cilindro quente em inox, desenvolver um bom regenerador, curso adequado para o projeto, ou seja, é um motor simples, mas complexo em sua construção.

      Quanto a sua pergunta número 2: influência sim na potência, obviamente quanto maior será, maior será a potência, mas de rotação baixa e grande disponibilidade de calor. Mas você precisa encontrar o melhor equilíbrio para cada projeto.

      Resposta 3: qualquer coisa que consome ou necessita de energia, resulta na perda de RPM.

      Resposta 4: em motores do modelo Gama e Beta, o cilindro frio é cerca de 80% do quente. Mas em motor Alfa, os dois cilindros devem possuir o mesmo volume (cm³).

      Abraço,
      Leandro Wagner.

      Excluir
  8. Olá amigo. Existem umas lâmpadas tubo lares q parecem tubos de ensaio só q mais grossas e suportam altíssimas temperaturas. Vc pode tentar usar esse tipo de tubo para fazer cilindros. E só procurar por lâmpadas vapor metálico tubolar. Em lojas de materiais elétricos vc encontra apesar q é melhor tentar encontras essas mesmas queimadas para não aver despesas.

    ResponderExcluir