Come fare un motore Stirling per lattine di coca cola

Come puoi trasformare uno di questi in un piccolo motore? Vuoi saperne di più? Dai un'occhiata a queste immagini del motore dell'auto! Sean Ellis / Photographer's Choice / Getty Images

Se hai qualche lattina di soda e pochi altri accessori facili da trovare, puoi ricreare uno dei primi motori commercialmente fattibili mai realizzati. Anche se di piccole dimensioni, un motore Stirling per lattine di Coca-Cola parla ancora alla nostra anima meccanica collettiva mentre sbuffa e si sgretola su uno scaffale, ruotando un volano, facendo girare alcune pale del ventilatore o persino generando pochi watt..

La sua stessa semplicità evoca un tempo diverso. E se guardato come una prova di concetto, un modello interessante, un pezzo di conversazione o un pezzo di scultura cinetica, fare una lattina di soda con il motore Stirling è un ottimo modo per entrare nel passato.

Il motore Stirling era il figlio del cervello di Robert Stirling, che ha inventato il concetto nel 1816. L'idea alla base del suo motore era quella di utilizzare l'aria per alimentare un motore, piuttosto che la tecnologia emergente dell'epoca: il vapore.

Ciò che distingueva il motore di Stirling dagli altri era l'uso di un "economizzatore", che aumentava il risparmio di carburante. Questo è ora noto come rigeneratore. Tra il 1816 e il 1843 Stirling e suo fratello James perfezionarono il design e l'efficienza del motore. Verso la metà del XIX secolo i suoi motori alimentavano importanti industrie, comprese le fonderie. Tuttavia, il suo motore, così come la maggior parte dei motori ad aria calda, era più adatto alle applicazioni a bassa potenza. Il suo desiderio di creare un'alternativa più sicura ai motori a vapore che esplodono spesso è stato sconfitto dalla necessità di maggiore potenza per gestire industrie in crescita.

La prima cosa che dovresti sapere su un motore Stirling è come le parti vanno insieme e come funzionano.

Contenuti

1. Forniture per la costruzione di un motore Stirling per lattine di coca cola
2. Preparativi per la costruzione di un motore Stirling per lattine di coca cola
3. Assemblaggio di un motore Stirling per lattine di coca

Porta via il rigeneratore di Stirling e avrai un motore ad aria calda. Il funzionamento di un motore ad aria calda è semplice. L'aria diventa ciò che viene chiamato il "fluido di lavoro". Una fonte di calore, nel caso della maggior parte dei motori Stirling, questa è una candela da tè, riscalda l'aria facendola espandere. L'aria viene quindi raffreddata, facendola contrarre. L'espansione e la contrazione dell'aria, o fluido di lavoro, è un ciclo termodinamico. Ora, usa questo ciclo termodinamico per muovere un pistone e hai effettivamente permesso al ciclo termodinamico di produrre un lavoro meccanico utile. Quando si collega un albero motore al pistone e si aggiunge un volano, si hanno le basi di un motore.

Completa la costruzione di un motore Stirling e imparerai più di poche lezioni sull'ingegneria della birra fatta in casa. Soprattutto, costruirne uno è molto divertente e ti dà la possibilità di essere creativo con ciò che la maggior parte delle persone considera spazzatura. E vederlo funzionare lo porta a un livello completamente nuovo.

Sembra semplice? Lo è, ma c'è ancora del tempo prima che il motore sia costruito. Avrai bisogno di più componenti, alcuni materiali e una comprensione di come si adattano tutti insieme prima che il tuo motore si spenga.

Ecco di cosa avrai bisogno:

• Tre (3) lattine di soda
• Un (1) palloncino
• Due (2) nippli per raggi
• Quattro (4) morsettiere elettriche da 5A
• Lana di filo d'acciaio
• Un tappo di bottiglia da una bottiglia di plastica
• Filo di acciaio
• Filo di rame
• Asta di centraggio
• Cavo elettrico
• Filo da pesca
• Tre (3) compact disc
• Apriscatole
• Coltello multiuso
• Super colla [fonte: ScrapToPower.com]

Facciamo un tour dei componenti che costruirai, vediamo come funzionano, cosa fanno e come tutto combacia.

Storia di Stirling

Robert Stirling non fu il primo a tentare un motore ad aria, ma fu il primo a creare un prodotto commerciale praticabile e il suo design del motore fu messo in uso nel 1818 per alimentare una pompa dell'acqua in una cava.

Una semplice candela da tè può fornire il calore per una lattina di soda motore Stirling. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

"Devi pensare come un orologiaio", dice Jim Larsen, da lungo tempo costruttore di motori Stirling, autore ed educatore. "Devi prestare attenzione ai dettagli. Se presti attenzione ai dettagli, hai maggiori possibilità di successo."

I componenti principali di un motore Stirling sono relativamente semplici e diretti. Mentre ci concentriamo su un motore per lattine di soda, i motori sono stati costruiti utilizzando materiali che vanno dalle lattine di vernice ai fusti di petrolio. Larsen ha detto durante una sfida del Ringraziamento mentre visitava i suoceri, ha costruito un motore Stirling con materiali assortiti di ferramenta, comprese pentole e padelle.

Le lattine di soda in alluminio offrono forme preformate già pronte, perfette per i motori. Sono anche facili da lavorare e, ovviamente, molto economici. E sebbene non siano abbastanza robusti per un uso serio, resistono alla micro-potenza prodotta dalla maggior parte dei piani motore.

Il camera di pressione è un vaso che trattiene l'aria prigioniera, o fluido di lavoro, all'interno del sistema chiuso. È qui che l'aria viene riscaldata e raffreddata durante il ciclo termodinamico. Mentre le perdite di aria e pressione possono essere la rovina di molti motori, la camera di pressione necessita in realtà di una piccola perdita controllata. Senza questa perdita, la camera diventerebbe semplicemente un barometro e reagirebbe solo ai cambiamenti della pressione barometrica dell'aria circostante.

Larsen ha detto che molti costruttori di Stirling scelgono di cambiare il fluido di lavoro nella camera di pressione da aria a elio, che reagisce meglio durante il ciclo termodinamico.

Il meccanismo di azionamento utilizza l'espansione e la contrazione dell'aria all'interno della camera di pressione per azionare un albero motore. Il meccanismo di azionamento può essere fissato al lato del motore o integrato nella struttura del motore.

Per Larsen, il albero motore è la parte più critica del motore, e influenza ogni parte del tutto, dalla fasatura, alla corsa del dislocatore, alla velocità del volano, al bilanciamento del tutto. "Questa è una parte su cui vuoi dedicare del tempo per farlo bene", ha detto Larsen.

Il volano serve come più che un'indicazione che il motore sta funzionando. Agisce come una sorta di dispositivo di accumulo di energia. Un volano ben bilanciato prende l'energia creata durante la corsa di potenza del motore e la immagazzina. Quando l'energia è necessaria per spingere il dislocatore verso il basso, il volano fornisce la sua energia immagazzinata per vincere l'attrito e altre forze. Senza un buon volano il dislocatore salirebbe semplicemente in cima alla camera e rimarrebbe lì.

Larsen ha affermato che avere un volano ben bilanciato è la chiave per l'efficienza. Se la ruota non è bilanciata, il motore deve lavorare di più per spostarla. "Non vuoi che il motore faccia più lavoro del necessario", ha detto.

Il dislocatore in un motore ad aria calda serve a spostare l'aria all'interno della camera a pressione. Ricorda, il motore non può funzionare senza il ciclo termodinamico in cui l'aria viene riscaldata e raffreddata, provocando espansione e contrazione. Se la camera a pressione venisse semplicemente riscaldata, senza nulla al suo interno per spostare l'aria, l'aria all'interno si riscalderebbe e si espanderebbe, ma non si contrarrebbe mai.

Con la fonte di calore nella parte inferiore, il motore ad aria calda utilizza anche il raffreddamento nella parte superiore, solitamente ghiaccio o acqua fredda, per raffreddare l'aria. Quando l'aria viene riscaldata, si espande spostando il dislocatore verso la parte superiore della camera a pressione. Nella parte superiore della camera l'aria viene raffreddata, si contrae e sposta il dislocatore verso il basso. Tutto questo avviene con l'ausilio del meccanismo di trasmissione, dell'albero motore e del volano.

Il dislocatore è più comunemente un pezzo arrotolato di lana d'acciaio con un filo leggero che attraversa il centro. Ricordi quando Larsen ha parlato della necessità di pensare come un produttore di orologi? Questa è una di quelle volte. Il dislocatore deve poter scorrere liberamente all'interno della camera a pressione, riempiendo allo stesso tempo la maggior parte di essa. Deve consentire il libero flusso d'aria, limitando parte del flusso. L'idea è di ridurre al minimo l'attrito e massimizzare l'efficacia. Questo tema è una costante in tutta la costruzione del motore.

Il scatola termica è semplicemente un supporto su cui poggia il motore. La fonte di calore è posta sotto il motore.

Questo sembra un sacco di lavoro per non molto ritorno. Ma c'è una sensazione tangibile quando finisci il motore, risolvi i lavori per farlo partire e lo vedi sbuffare da solo. Per Larsen, il suo fascino è iniziato più di mezzo decennio fa, mentre il tuo potrebbe iniziare tra pochi giorni da adesso.

video

Per guardare un motore Stirling in lattina in azione, guarda questo video e molti altri online.

• Come funzionano i motori Stirling
• Come funzionano i motori delle automobili
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• Come funziona un motore a bulbo caldo

fonti

• Brown, Buster. "Come funzionano i motori ad aria calda". Motori ad aria calda. (29 febbraio 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Redattori di Make Magazine; "The Best of Make". O'Reilly Media, Inc. 2007. Pagg. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29 febbraio 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Colloquio. 2 marzo 2012
• Larsen, Jim. "Undici prodotti per motori Stirling che puoi costruire". Autopubblicato, gennaio 2012. (29 febbraio 2012)
• Larsen, Jim. "Motore Stirling facile e veloce." Auto-pubblicato. Settembre 2011 (29 febbraio 2012)
• Bello, Karim. "Come funzionano i motori Stirling". .com. 4 maggio 2001 (29 febbraio 2012) https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. "Dean Kamen sta sviluppando un ibrido ecologico che funziona con tutto ciò che brucia". Gizmag.com, 28 giugno 2009. (1 marzo 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/