quarta-feira, 3 de setembro de 2014

Relatos e testes de potência realizados com o motor Stirling em latas de 1800 rpm


No vídeo abaixo, pode ser conferido novos testes desempenho:



Inicialmente após construir, o motor apresenta picos de 1860 rpm em rotação livre. No dia seguinte, em um novo teste, não passou os 1820 rpm. Uma semana depois, após um reparo no cilindro frio, iniciou-se uma novela, não passou dos 1700 rpm e assim a cada teste piorava até ficar em picos de 1350 rpm.

Minha primeira desconfiança, estava no pistão deslocador e nos mancais.

Então resolvi fazer a troca do pistão deslocador, que agora passou de 25 mm para 35 mm de comprimento, assim eliminando a área morta (10 mm) existente do projeto anterior, veja na fig. 1. Novamente caiu para 1400 rpm, porém o torque ficou maravilhoso, mesmo mantendo os mesmo cursos para cada pistão. Então de fato estava comprovado, não havia problemas com o pistão deslocador.

Manual do motor Stirling, pistão deslocador em lã de aço
fig. 1

Resolvi trocar os mancais (moedas fig. 2) de 5 centavos pelas de 10 centavos e piorou ainda mais, máximo 1350 rpm e constantes de 1220 rpm! Com essa alteração, novamente confirmei que eu estava no caminho errado.

Manual do motor Stirling, mancais feito de moeda de 10 centavos
fig. 2

Eu já estava ficando frustrado, quanto mais alterava, pior era o desempenho. Sinceramente, tinha vontade de colocar o motor no armário de tanta decepção!

O torque era o melhor de todos os meus motores de latinhas, mas não alcançava a incrível velocidade inicial.

Algum efeito físico, aerodinâmico, ou problema térmico do material estava ocorrendo, o atrito dos novos mancais em baixa rotação é aparentemente parecido como um rolamento, fuga de ar praticamente não existia para um motor caseiro! E ainda não havia uma explicação de concreto para o temido problema! Se motor não tivesse atingido 1800 rpm nos primeiros testes, eu não estaria encafifado.

O meu amigo Elton, comentou se esse problema poderia ser decorrente do cilindro quente (fig. 3)! Passei a analisar o comentário de Elton e em partes fazia sentido, pois foi o primeiro motor onde não usei uma lata da marca Coca Cola como cilindro quente! Então desmontei novamente e fiz um novo cilindro quente.

Manual do motor Stirling, cilindro quente
fig.3

Fiz os testes e finalmente a solução do temido problema!!!

Neste primeiro teste, o motor atingiu 1700 rpm, caindo até 1550 rpm e após de dois minutos em funcionamento, passou a funcionar em constante de 1600 rpm.

Como havia relatado, eu troquei o cilindro quente por um novo, porém ao desmontá-lo, entortei a haste do pistão deslocador, e constatei algo desagradável. Com o rápido movimento do pistão deslocador, a lã de aço compactou-se e soltou-se da haste, ou seja, o pistão tem 35 mm de comprimento, mas a lã se encontrava somente com 27 mm de comprimento e o restante transformou-se em uma lacuna aberta. Outra vez fiz um novo pistão deslocador e fixei uma chapinha no meio do pistão, para resolver esse novo problema, decorrente da alta velocidade.

Os resultados com gerador estão descrito abaixo, sendo que a temperatura da água variava entre 65 até 75°C.

Então realizei os primeiros testes com o gerador, com o novo o pistão deslocador de 35 mm de comprimento.

  4 leds          1179 rpm         3,89 V . 0,083 A = 0,32 Watts
10 leds          1130 rpm         3,43 V . 0,043 A = 0,30 Watts
30 leds          1180 rpm         3,31 V . 0,092 A = 0,30 Watts

Rotação livre, picos 1830 rpm e constantes 1600 rpm!

Este motor apresenta um desempenho melhor que a versão anterior (1600 RPM), tanto em velocidade, torque e potência.

Tenho vontade de medir a potência mecânica do motor, mas preciso primeiro uma mini balança de precisão. Este motor simples está com desempenho impressionante, da gosto de vê-lo em funcionamento!

Agora cheguei ao limite deste projeto simplificado, ainda existe possibilidades de melhorias no desempenho, mas é necessário alterar muitas coisas, dificultando a construção. Tenho uma leve desconfiança, que este projeto com um gerador adequado, seria possível produzir até 0,50 Watts. Também quero fazer um outro teste, com dois geradores simultaneamente, sugestão sugerida por Miro!

Existem inúmeras outras possibilidades de alteração:

- reforçar o virabrequim;
- dois volantes para estabilizar o motor;
- rolamentar o virabrequim;
- alterar o fundo do cilindro quente;
- alterar o curso do pistão de trabalho;
- substituir o diafragma por uma seringa de vidro 50 ml;
- fazer o balanceamento dos pistões;
- aperfeiçoar o fluxo de ar no forninho;
- fazer novos testes com um novo tipo de lamparina, para testar o limite de fundição do cilindro quente;
- instalar buchas no cabeçote, para aumentar a resistência;
- estudar uma maneira de resfriar o primeiro cabeçote;
- instalar uma bomba de água;


Principais medidas:

- Curso do pistão deslocador: 20 mm = 1800 RPM
- Comprimento do pistão deslocador: 35 mm;
- Curso do pistão de trabalho: 14 mm ou 16 mm;
- O primeiro cabeçote com 60 mm de comprimento;
- O segundo cabeçote será a lata suporte que da suporte ao virabrequim;
- O comprimento do cilindro quente: 85 mm (8,5 cm);
- O comprimento da lata do sistema de resfriamento: 45 mm (4,5 cm);
- Todos os raios são 2 mm de diâmetro em inox;
- O comprimento do cilindro frio é 30 mm (3 cm), com diâmetro de 57 mm;
- A tampa externa do pistão de trabalho, possui 45 mm de diâmetro;
- A tampa interna do pistão de trabalho, possui 30 mm de diâmetro;


Lista dos materiais >>>
















Agradeço a todos que acompanham essa trajetória,
Atenciosamente Leandro Wagner.

26 comentários:

  1. Olá Lenadro,

    Primeiro queria parabeniza-lo pelo ótimo trabalho e pelos tutoriais.
    Desejo utilizar este motor num trabalho escolar, no entanto estou com duvidas qnto ao torque dele, pois iremos utiliza-lo numa bomba d'água. Vc poderia me explicar um pouco sobre isso?

    Juliano

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    1. Olá Juliano!

      Obrigado pelo elogio, o torque do meu motor é como apresentado nos vídeos, ou seja, ao tentar para o motor segurando o eixo de 2 mm de diâmetro, quase não é possível, eu diria que o torque é mais forte que um motor elétrico de carrinho de brinquedo.

      Qual é a quantidade de água que pretendes bombear? Ou a altura? que tipo de bomba? Se me der detalhes, lhe informo se o motor possui potência suficiente para isso.

      Leandro Wagner.

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  2. Buenas Leandro

    Estou na metade de um motor, e estou com algumas duvidas, sobre como que fica o joelho de PVC que une os dois cilindros. O cano fica preso diretamente no cilindro quente, ou voce usa uma bucha, como no motor com latas spray?

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    1. Olá Gabriel!

      Eu ovalizei (lixei) o joelho de PVC, para colar diretamente no cilindro quente, não tem bucha. Já na extremidade onde o cilindro frio está colado, introduzi um cano de PVC de 20 mm de diâmetro e com 1,5 cm de comprimento, sendo que somente 0,5 cm está visível, o restante é introduzido para dentro do joelho, depois passo a cola e colo o cilindro frio por cima.

      Amigo, eu vou adicionar uma foto do joelho antes de colar no cilindro quente, depois te envio o link da página.

      Eu acredito que mais ao fim de 2015, vou postar um vídeo tutorial do motor dessa página, a gravação da montagem já está feita, falta a edição, que é muito demorado, ou seja, são mais de 200 cenas para editar.

      Leandro Wagner.

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    2. Olá Gabriel!

      Retorne para a página onde o motor atinge 1600 RPM, acrescentei no fim da página diversas fotos para complementar sua dúvida.

      Vou deixar aqui o link da página:
      http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2013/12/motor-stirling-de-latinha-de-1600-rpm.html

      Leandro Wagner.

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    3. Olá Leandro!

      Muito obrigado mesmo por ter esclarecido minha duvida. Legal demais esse teu trabalho e dedicação que tu tens para fazer os motores, e principalmente por ter tanta vontade de ajudar as pessoas que acompanham seu blog e seu canal do youtube. Abraço,

      Gabriel.

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    4. Olá Gabriel! Também agradeço por acompanhar meu trabalho.

      Visite o meu último vídeo que postei, lá eu fiz uma demostração do cilindro quente, com sua dúvida: (Motor Stirling com fugas de ar, funciona! Mas com ressalvas!!! Engine with air leakage, it works!)
      https://www.youtube.com/watch?v=GjIC1UIFhNA

      Até mais! ajudar as demais pessoas, somente me consome um pouco de tempo, mas me faz muito bem para estar em paz com minha alma.

      Leandro Wagner.

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  3. Olá,

    Um video com o tutorial desse motor iria me ajudar muito, pois estou com dificuldade nas alteraçoes deste motor para o primeiro motor de latinhas. Flw

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    1. Olá amigo, eu já conversei com você em uma outra rede social???

      É! Eu entendo, mas estou com o meu tempo muito corrido, tenho muitos afazeres durante um dia. Eu acredito que somente para fim de 2015 estarei com tal vídeo pronto.

      Você alterando as medidas que mencionei em outro comentário acima, o motor melhora pelo menos uns 50%, mas nada adianta fazer inúmeras alterações, se não tiver um super cuidado com os atritos e um pistão deslocador transparente. Isso é a coisa mais importante que tem nesse projeto, nada de atrito.

      Boas festas e sucesso para este novo ano que vem!

      Leandro Wagner.

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  4. Olá Leandro.

    Se você aumentar a quantidade de água ou por uma bomba pra fazer ela circular, fazendo com que a temperatura baixe não iria aumentar o diferencial de temperaturas entre quente e frio fazendo aumentar a rotação?

    minha duvida é: aumentando a temperatura do lado quente ao máximo possível e diminuindo ao máximo do lado frio não ira render mais potencia nos motores stirling? (de uma forma geral)

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    1. Olá Júlio!

      Sim Júlio, quanto maior for à diferença de temperatura entre as duas câmaras, tende ser maior a desempenho, bem como a eficiência.

      Quando eu adiciono água nova (20 °C) no sistema de resfriamento o motor apresenta uma velocidade constante de 1650 RPM, quando essa água atinge 70 °C ocorre uma perda de velocidade e mantendo-se constante em 1550 RPM. Já à potência é quase imperceptível.

      Com certeza quanto menor for à temperatura no lado frio, você terá uma melhora desempenho, mas nada lá grandes coisas! O que realmente faz diferença, você trabalhar com máximo de temperatura no lado quente, sem que isso danifique o cilindro quente em alumínio. Para ter um melhor rendimento, o cilindro quente deveria ser em inox, que suporta temperaturas altíssimas.

      Nunca use água congelada no sistema de resfriamento, pois terá a formação de umidade no interior do motor, possivelmente o aparecimento de ferrugem em alguns elementos de aço.

      Não instalei neste motor uma bomba de água, pois a intenção é desenvolver um motor simples, com um bom desempenho, leve e com menor número de peças. Podes perceber que é necessário um virabrequim reforçado, para eliminar a vibração do volante e a torção do virabrequim no lado do pistão de trabalho. Essa vibração e torção do virabrequim, consome muita energia do motor, que reflete numa limitação de velocidade e torque. Também não optei por um virabrequim reforçado, pois isso implica maior mão de obra, dificuldade de alinhamento do virabrequim e a montagem do volante, impossibilitando outras pessoas com poucas ferramentas, fazer o seu próprio motor.

      Quando eu atingir o limite d este projeto, serei sim forçado a fazer novos reforços, substituição por peças de difícil fabricação e aquisição.

      Leandro Wagner.

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  5. Olá Leandro

    Sou um pouco leigo, mas me interessei pelos motores a Stirling. Se puder esclarecer minha dúvida ficarei agradecido. O curso dos pistões é dado pelo virabrequim?

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    1. Olá amigo!

      Sem problemas, dúvidas devem ser esclarecidas e responderei conforme meu tempo livre.

      Sim, o curso dos pistões é dado pelo virabrequim, ou seja, se a dobra do virabrequim tiver 10 mm (1 cm) de altura, o curso será o dobro "20 mm" (2 cm).

      Leandro Wagner.

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  6. Ola Leandro
    Gostaria de saber se no motor de 1800 rpm, você também corta o fundo da lata de 473 ml (segundo cabeçote), ou apnes faz um furo para o fundo servir como uma segunda guia para a haste do pistão deslocador
    Desde já, grato.

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    1. Olá Gabriel!
      Eu apenas fiz um furo no fundo lata "473 ml", para servir como um segundo ponto de apoio, ou seja, o tal do segundo cabeçote, como um guia da haste do pistão deslocador.
      Leandro Wagner.

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  7. ola gostaria de saber qual dos motores e o mais facil de se montar e que apresente um torque que consiga girar um motor para produzir energia

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  8. Olá amigo, todos os meus modelos, é possível ligar um pequeno gerador, desde que na construção, você tenha o máximo de cuidado para que não tenha atrito, esse é o principal segredo para uma boa performance, além de uma boa vedação, veja neste vídeo, como é o atrito e vedação do meu motor:
    https://www.youtube.com/watch?v=2qz6AWkM2_s

    Obviamente, a energia que você irá conseguir produzir, não será mais que 0,3 Watts.

    Mas o modelo que eu mais gostei e simplificado, é o motor de 1600 RPM, ele tem boa velocidade e um bom torque para sua categoria, veja essa página:
    http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2013/12/motor-stirling-de-latinha-de-1600-rpm.html

    Leandro Wagner.

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  9. Leandro esse motor consegue girar em um eixo mais reforçado, aproximadamente 8 kilos?

    Um disco de freio de carro para da inercia.

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    1. Olá Luis!
      Esse motor não tem essa potência para girar esse volante que comentou, ele fraco para tais potências.
      Leandro Wagner.

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  10. Este comentário foi removido pelo autor.

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  11. Olá Leandro,

    estou montando um motor seguindo seus tutoriais, no entanto ele está funcioando em baixa velocidade. Já verifiquei alinhamento, atrito baixo, vedação. Segui as medidas de 85mm no cilindro quente, 16mm curso do pistão deslocador e 14mm no pistão de trabalho. Uso um pistão deslocador de 35mm. Um projeto como o seu mesmo. Não sei aonde mexer para aumentar a velocidade. Você me daria alguma sugestão?

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    1. Olá Vitória!
      O fato de seu motor ter baixa velocidade, provavelmente ainda tem muito atrito ou você fez algumas alterações diferentes ao meu motor.
      Para resolver o seu problema com maior rapidez, seria interessante você fazer um vídeo de boa qualidade, tentando fazer o motor funcionar. Como estou com pouco tempo livre, seria uma maneira mais rápida de encontrar o seu problema.
      Ah! Não tenho Whatsapp, me envia um link do You tube ou face.
      Leandro Wagner.

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  12. Olá Leandro, se trocar a água fria por nitrogênio liquido, ou fluidos automotivos que não aumentam a temperatura com facilidade, por exeplo aditivos para radiador do carro, isso aumentaria a potencia, certo?

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    1. Olá amigo, resfriar o motor mais ainda, não é uma boa ideia, porque ocorre a formação de umidade dentro do motor.
      Além disso, essa redução de temperatura, sempre é mais complicado do que aumentar o calor no lado quente, ou mesmo reaproveitar de uma maneira mais eficiente este já existente calor.
      Uma coisa você está correto, quanto maior for a diferença de temperatura entre a câmara quente com a fria, maior será o desempenho, mas para tudo tem um limite físico.
      Leandro Wagner.

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