Stirling Motor C-7012

Stirling Motor
C-7012
Mini motor Stirling en kit, que funciona con el calor de una vela.
Con este motor podrás ver de forma fácil y rápida, el principio de la
termodinámica del motor de aire caliente.
El mismo embalaje de motor Stirling, te servirá como carcasa del motor.
Tiempo de montaje : 2 / 3 horas.
Medidas : Ø 100 x 250 mm.
Velocidad : 300 – 600 RPM
Tiempo de funcionamiento : 3 / 4 horas .
Vela incluida .
Como Funciona
El desplazador mueve el aire del interior de la caja sellada, entre la cubierta inferior caliente y la superior más fría. De
esta forma el aire es alternativamente calentado y refrescado. El incremento de la presión fuerza el pistón hacia
arriba, haciendo girar el eje conectado al desplazador y las aspas. Al reducir la presión el pistón es tirado hacia abajo,
hasta terminar una rotación del eje y comenzar de nuevo el ciclo.
El motor Stirling consta de cinco partes :
1 - Zona de funcionamiento principal : Consta de una cubierta metálica superior y otra inferior, conectadas por una
pared cilíndrica de cartulina blanca.
2 - Pistón de potencia : Un pistón de grafito que esta dentro un cilindro de aluminio, conectado directamente con a la
zona de funcionamiento principal.
3 - Pistón desplazador : Un disco de espuma que se desplaza en el interior de la zona de funcionamiento principal.
4 - Cigüeñal y propulsor : Dos bielas conectan el cigüeñal con el desplazador y con el pistón de potencia. La
diferencia de fase entre el movimiento sinusoidal de ambos pistones es de unos 90º.
5 - Estante con la vela
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C-7012
Herramientas necesarias
El kit incluye todas las piezas necesarias para montar el motor Stirling.
Compruebe todas las piezas antes de empezar el montaje .
No es necesario encolado.
- Destornilladores pequeños punta Philips nº1 y nº2
- Pequeños alicates planos
- Martillo pequeño
- Cutter
- Papel de lija fino
- Llave inglesa
- Unas gotas de aceite mineral fino
Material incluido en el kit
Núm pieza
Descripción
Cantidad
1
2
3
4
5
6
7
8
A.1
A.2
A.3
A.4
A.5
A.6
A.7
B.1
B.2
B.3
C.1
C.2
C.3
C.4
C.5
D.1
D.2
D.3
D.4
D.5
E.1
E.2
E.3
E.4
E.5
E.6
Cubierta inferior del motor
Cubierta superior del motor
Pared de la carcasa (aro de cartón)
Pistón desplazador de espuma, con perno insertado
Tiras curvadas de cartón
Disco de cartón soporte de la vela
Anillo del cilindro de potencia
Vela
Soporte de la vela
Soportes del cigüeñal (media luna)
Biela del desplazador, larga
Biela del pistón de potencia, corta
Tiras de metal de 7 agujeros
Aspas propulsoras A con 2 agujeros
Aspas propulsoras B con 3 agujeros
Separadores blancos, 8mm
Separadores negros, 11mm
Escuadras pequeñas
Tornillos de cabeza plana, M2 x 4, corto
Tornillos de cabeza plana, M2 x 6, largo
Tornillos de cabeza avellanada, M4 x 5, corto
Tornillos de cabeza avellanada, M4 x 16, mediano
Tornillos de cabeza avellanada, M4 x 35, largo
Tuercas M2
Tuercas M4
Arandelas M2, Øinterior=2,2mm, pequeña
Arandelas M3, Øinterior=3,2mm, mediana
Arandelas M4, Øinterior=4,2mm, grande
Cigüeñal con dos ejes
Cigüeñal pequeño
Pasador corto 1x12
Pasadores medianos 1x16
Pasador largo 1x26 (usado como herramienta)
Tubo flexible fino Ø1,6mm, longitud aprox. 30mm, pared fina,
para cortar a 2x2mm, 2x3mm y 2x8mm
Tubo flexible mediano Ø4,5mm, longitud apr.10mm, para cortar a 2x2mm
Tubo flexible grueso Ø5mm, longitud aprox. 30mm, para cortar a 2x8mm
Pequeños distanciadores (se incluyen dos piezas de recambio)
Cilindro de potencia
Pistón de potencia con perno insertado
1
1
1
1
3
1
1
1
6
2
1
1
4
4
2
6
6
8
6
6
3
12
3
12
24
2
9
9
1
1
1
2
1
E.7
E.8
E.9
F.1
F.2
2
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1
1
1
6
1
1
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Despiece del motor
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C-7012
Montaje soporte para la vela
Antes de empezar el montaje revise las tiras de cartón curvadas (5), el disco de cartón que será el soporte de la vela (6)
y los soportes negros (A.1) que todos los agujeros estén destapados.
Prepara los tres tornillos largos M4 (C.5), coloca primero 2 arandelas (D.5) y luego una escuadra pequeña (B.3).
Insertar la escuadra por el agujero pequeño.
Coloca las tres tiras de cartón curvadas (5) de forma escalonada. Los agujeros de las tres tiras deben coincidir, de
manera que cada tornillo (C.5) atraviese las tres tiras escalonadas y la tira central siempre ha de ser la del agujero del
centro, ver imagen
Colocar uno de los tornillos (C.5) preparados en este agujero central y colocar una tuerca M4 (D.2) para fijar el conjunto
en su lugar.
NOTA : Ahora enrolle las tres tiras formando un aro y tener mucho cuidado ya que las tiras de cartón se rompen
fácilmente.
Tienes que hacer un aro de tres capas. Cada capa tiene que empezar en el interior del aro y acabar en el exterior.
Colocar los dos tornillos M4 largos (C.5) y poner la tuerca M4 (D.2). Ten en cuanta la correcta posición de las
escuadras pequeñas (B.3).
Monta otras tres escuadras (B.3) sobre el disco soporte de la vela (6) con un tornillo corto M4 (C.3) y la tuerca (D.2).
NOTA : Que este en la correcta posición de las escuadras.
Coloca ahora las escuadras del disco de la vela, insertándolas con cuidado en los extremos de los tornillos largos M4
(C.5) que fijan las tiras curvadas. Usa dos tuercas M4 (D.2) para cada escuadra. Asegúrate de que las tuercas
interiores M4 quedan a nivel de los extremos de los tornillos, para lograr un buen soporte para la vela (8).
Monta los dos soportes negros (A.1) en cada ángulo exterior del aro que acabamos de montar.
Utiliza dos tornillos medianos M4 (C.4), dos separadores negros (B.2) y dos tuercas M4 (D.2) para cada soporte y no
se olvide de colocar una arandela M4 (D.5) en el separador superior para compensar el grosor de la escuadra inferior.
Ajusta bien la estructura de la vela (8) y la pared de cartón de la carcasa (3) con la tapa inferior (1) en el bastidor.
Todos los soportes han de quedar bien equilibrados.
Cuando todo esté correcto aprieta los tornillos y tuercas.
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Estructura de la vela montada
Cubierta superior
Saque el pistón de potencia (F.2) de su cilindro (F.1). Con un cutter o mejor con papel de lija fino, quite cuidadosamente
cualquier rebaba de los bordes del cilindro (F.1) y de su anillo (7).
Reinstala el pistón y comprueba que se desliza suavemente dentro del cilindro sin atascarse y sin fricción alguna.
Pon el anillo (7) en una superficie plana y dura y empuja cuidadosamente el cilindro de potencia usando la presión de la
mano. Asegúrate que este vertical para evitar el atasco del cilindro.
Corte dos trozos de 2mm de tubo flexible mediano (E.7).
Fija dos escuadras (B.3) por su agujero pequeño sobre la cubierta (2) usando los tornillos largos M2 (C.2) y la arandela
mediana M3 (D.4) por abajo. Por la parte de arriba pon el trocito de tubo cortado (E.7), la pequeña arandela M3 (D.3) y
cierre con la tuerca M2 (D.1).
Comprobar la correcta orientación de las escuadras. Ver imagen.
Fija el cilindro (F.1) y el anillo del cilindro (7) en la cubierta superior (2) usando los cuatro tornillos largos M2 (C.2), las
arandelas M3 medianas (D.4) y las tuercas M2 (D.1).
Primero aprieta las tuercas con la mano solamente.
Una vez haya comprobado que no queda ningún espacio entre el anillo (7) y la cubierta superior (2) podrás apretar
fuerte las tuercas.
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C-7012
Cubierta superior montada
Montaje del soporte del cigüeñal
Fija cuatro tornillos medianos M4 x 16 (C.4) en los agujeros de uno de los soportes del cigüeñal (A.2) y ponlo sobre la
mesa con los tornillos mirando hacia arriba. Colocar en los cuatro tornillos dos tiras de metal (A.5), dos separadores
blancos (B.1), dos tiras más de metal y el segundo soporte del cigüeñal (A.2). Sujeta esta estructura con cuatro
tuercas M4 (D.2).
Fija las dos escuadras de la cubierta superior a la estructura que acabas de montar.
Utiliza dos tornillos M4x16 (C.4), dos separadores blancos (B.1) y las tuercas M4 (D.2) en la posición más alta posible.
Ver imagen.
Aprieta los dos tornillos firmemente.
Monta los ejes del cigüeñal (E.1) en sus soportes. El cigüeñal ha de quedar perfectamente horizontal y perpendicular
a cada soporte (A.2), de lo contrario, ajusta levemente moviendo los soportes entre ellos hasta que quede bien.
Una vez todo correcto apriete los cuatro tornillos y sus tuercas.
La estructura superior completamente montada ha de quedar perpendicular a la superficie de la cubierta superior.
En caso contrario corrijelo doblando ligeramente, y con cuidado, las tiras de metal.
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Soporte del cigüeñal montado
Montaje de la hélice y el cigüeñal
Con las piezas A y B que se montaran las aspas de la hélice A (A.6) y B (A.7) y revisa que todos los agujeros están
destapados.
Encara las aspas iguales por la parte blanca y fijalas con los tornillos cortos M2 (C.1), arandelas M3 (D.4) y tuercas M2
(D.1) sobre el cigüeñal de dos ejes (E.1).
A continuación, fija por sus extremos exteriores las puntas de las aspas con tornillos M2 (C.1) y tuercas (D.1). Aquí no
hay que poner arandelas.
NOTA : Procura que la superficie de cada aspa quede perpendicular al eje principal
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C-7012
Juego de aspas montadas
Fijación y ajuste del cigüeñal
El agujero central del cigüeñal pequeño (E.2) tiene que ser agrandado usando el pasador largo (E.5) como herramienta.
Con un pequeño martillo y con cuidado, clave perpendicularmente el pasador largo (E.5) sobre el agujero central del
cigüeñal (E.2).
Utiliza los alicates, saca cuidadosamente el pasador. Darle la vuelta al cigüeñal (E.2) e introduze el pasador corto (E.3)
en el agujero externo.
Corta dos trozos de 2mm del tubo flexible fino (E.6) y ajústalos en cada uno de los dos ejes del cigüeñal grande (E.1).
Pon uno de los pequeños distanciadores (E.9) en el eje y introdúzelo a través de los soportes (A.2). Pon otro pequeño
distanciador en el extremo libre del eje.
Sosten el cigüeñal grande con una mano, presionando las aspas. Con la otra mano, introduze el eje en el cigüeñal
pequeño .
NOTA : Asegúrate de que el eje tenga aproximadamente medio milímetro de movimiento lateral.
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C-7012
Haz girar libremente la estructura del cigüeñales.
Con un impulso con el dedo, debe continuar girando cerca de dos segundos.
Ahora tienes que ajustar el ángulo entre los dos discos del cigüeñal, es decir la "diferencia de fase" o la correlación
entre el movimiento de los dos pistones. Debe ser de unos 90º.
Imaginate los pasadores libres de los dos cigüeñales como si fueran las manecillas de un reloj. Mirando las aspas de
frente, haz girar hasta que el pasador libre esté en la posición de las 12. Mantén el cigüeñal grande en esta posición, y
gira el cigüeñal pequeño hasta que su pasador libre esté en las 9, en este caso el motor girará a la derecha. En cambio,
si fijas el pasador libre del cigüeñal pequeño a las 3, el motor girará a la izquierda.
Preparación de las bielas
Corta el tubo flexible fino (E.6), necesitaras dos trozos de 3mm y dos trozos de 8mm.
Del tubo flexible grueso (E.8), corta dos trozos de 8mm.
Empuja suavemente los trozos de 8mm del tubo grueso (E.8) sobre el extremo estrecho de cada biela, es decir, la biela
del pistón de potencia (A.4) y la del pistón desplazador (A.3).
NOTA :Ten cuidado, es muy fácil romper la cartulina.
Colocar un pasador mediano (E.4) debajo de cada tubo, que lo sujetará apretando contra la biela.
Los pasadores deben sobresalir 5mm por debajo del extremo inferior de las bielas.
Empuja suavemente un trozo de 8mm del tubo flexible fino (E.6) unos 4mm por encima del extremo de cada pasador
(E.4).
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C-7012
Biela del pistón de potencia
Introduce unos 3mm del pasador en la biela del pistón de potencia (F.2)
Deja un espacio en el interior del tubo de 1mm aprox. entre los extremos de los dos pasadores.
Coloca el pistón de potencia en su cilindro.
Monta un pequeño distanciador (E.9) en el el pasador del cigüeñal pequeño (E.2).
A continuación coloca la biela del pistón de potencia y al final otro distanciador (E.9).
Coloca unos 3 mm del tubo delgado y flexible (E.6) en el extremo del pasador del cigüeñal para impedir que salga la
biela.
Asegurate de dejar un pequeño espacio, entre el pequeño distanciador y el tubo (aproximadamente medio milímetro)
Gira manualmente la hélice para probar que el pistón de potencia se mueve con total libertad.
El pistón de potencia no debe tocar la cubierta superior.
Si es necesario vuelve a ajustar el pasador de la biela del pistón de potencia.
Biela del pistón desplazador
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Coloca la cubierta superior sobre el perno del pistón desplazador (4) de modo que el pistón quede dentro del espacio
de funcionamiento (interior de la estructura de la lata).
Empuja suavemente el pasador del pistón del desplazador unos 3mm en el extremo del tubo del pistón desplazador
(E.6) para que quede fijado.
Finaliza el montaje del pistón desplazador sobre el pasador del cigüeñal, tal como ha hecho con el pistón de potencia
(ver imagen)
La manera más fácil para adaptar la biela del desplazador sobre el pasador del cigüeñal es girar poco a poco la hélice
hasta que el pasador se encuentre en la posición más alta.
Una vez montado, el pistón desplazador debería tener una distancia mínima a la cubierta superior de un milímetro
(aprox) en su posición superior.
Comprueba que la hélice gira libremente.
En caso contrario ajusta de nuevo las aspas de la hélice.
Ten cuidado al orientar las bielas correctamente.
Los pasadores deben estar en el lado de las bielas que están en frente de los soportes (A.2).
Imágenes del montaje
Cierre del motor y engrase
Presiona suavemente la cubierta superior (2) con la estructura interior del anillo de la cubierta, hasta que quede todo
bien montado.
Engrase: El motor tiene cinco cojinetes: dos para el eje principal en las placas de soporte, dos más en las bielas y
otro en la cubierta superior para guiar la barra del desplazador.
Aplica aceite mineral, utilizando un trozo de alambre fino o el pasador largo que ha usado como herramienta (E.5).
Ponga una pequeña gota en cada pasador o eje donde pasa a través de un pequeño distanciador. Asegurate de que
el aceite entra en el interior del rodamiento.
NOTA : NO DEBE ENTRAR ACEITE en el pistón ni en el cilindro de potencia . No utilice aceite vegetal
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C-7012
Como usar el motor
Antes de probar el motor asegúrate de que la base es resistente al fuego, y que está en un lugar seco y sin corrientes
de aire.
Pon la vela en el soporte.
Enciende la vela. A continuación pon el motor centrado en la parte superior del soporte.
Transcurridos uno o dos minutos, impulsa la hélice en sentido horario, el motor debe comenzar a girar inmediatamente
y tendrá una duración de más de tres horas (tiempo de combustión de la vela ).
Ten en cuenta que el tamaño de la llama de la vela puede variar durante la combustión, ello repercutirá en variaciones
de velocidad del motor, entre 200 y 600 rpm.
La llama de la vela nunca debe tocar la superficie de la tapa de la carcasa inferior
Solución de problemas
Si no puedes conseguir que el motor arranque o que funcione correctamente.
Sellado del espacio de trabajo
El espacio de trabajo debe ser bastante hermético. Normalmente todas las conexiones roscadas y prensadas debe
proporcionar un sellado adecuado del motor. Para comprobar que no hay fugas importantes, quita la biela del pistón de
potencia del cigüeñal y mira lo rápido que el pistón de potencia se hunde en su cilindro. Si no tarda menos de dos
segundos indica un sellado del motor adecuado.
Los puntos críticos para el sellado son los siguientes:
1) Los tornillos que sujetan los soportes de metal en la cubierta superior.
Solución: Aprieta las sujeciones de los ángulos. Si es necesario, retira la cubierta superior para hacerlo.
2) Hay un pequeño espacio entre el anillo de cilindro de potencia y la cubierta superior.
Solución: Intenta volver a montar el cilindro y el anillo girándolo (90 o 180º). Si esto no lo resuelve, llena el vacío con
un poco de pegamento.
3) Hay una fuga entre el cilindro de potencia y su anillo.
Solución: Llena el vacío con un poco de pegamento.
4) Si has sacado varias veces la pared de la carcasa, puede haber quedado mal sellada la unión entre la cubierta y la
pared.
Solución: Llena los espacios con pegamento. ¡ATENCIÓN! después de hacer esto no podrás volver a quitar la
cubierta superior. En caso necesario, podrás abrir la carcasa desde el lado inferior.
Si tiene problemas para localizar la fuga, pon una gota de detergente líquido en un poco de agua en los lugares
indicados arriba. Entonces gire la hélice con la mano, pequeñas burbujas mostrarán por donde se escapa el aire.
Asegúrate de secar el motor correctamente una vez reparado.
Fricción mecánica.
1) No hay suficiente holgura en el eje principal.
Solución: Tira suavemente del cigüeñal pequeño a lo largo del eje principal para alejarlo del soporte (solo unas pocas décimas de
milímetro).
2) Las bielas no se mueven libremente sobre sus cojinetes.
Solución: Reajustar los tubos flexibles finos que hacen de retenedores (E.6).
Pistones con funcionamiento libre
1) Solución: Si es necesario, vuelvas a ajustar los pasadores y tubos flexibles.
2) Si ha entrado humedad en cualquier espacio de trabajo del motor (tal vez cuando has probado las fugas), el agua
puede haberse condensado en el hueco entre el pistón y el cilindro de potencia haciendo que el pistón se pegue.
Solución: Desmontar el pistón de potencia junto con su biela y secarla. Déjelo desmontado un rato para que la
humedad residual pueda evaporarse totalmente.
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Diferencia de fase de los cigüeñales
1) El movimiento de los dos pistones debe estar desfasado unos 90º.
Solución: Reajuste el pequeño cigüeñal, si es necesario.
Sistema de calentamiento del motor
1) La vela ha de estar en buenas condiciones
Solución: Para asegurar un calentamiento suficiente, la llama de la vela tiene que tener al menos 10 o 15 milímetros
de alto. Si es necesario, vuelvas a colocarla.
2) La prueba del motor Stirling debe hacerse en un lugar aislado y con temperatura adecuada.
Solución: Para asegurar una transferencia óptima del calor de la llama a la tapa de la carcasa inferior se necesita un
entorno sin corrientes de aire en una habitación con temperatura normal.
Motor montado
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Funcionamiento del motor Stirling
La vela calienta la placa de aluminio de la parte inferior del motor.
Cuando el pistón desplazador se mueve hacia arriba el aire fluye a través de él a la placa inferior y se calienta.
Al regresar a la placa superior, el aire caliente fluye a través del desplazador y la placa superior de aluminio lo enfría. El
cambio de temperatura del aire causa una variación en su presión. Esto resulta en una fuerza en el émbolo de trabajo
de la parte superior del motor.
Esta fuerza es transmitida por la biela y el cigüeñal a la hélice (volante) y convierte el movimiento de subida y bajada del
pistón de trabajo en un movimiento de rotación.
La expansión del aire caliente a través del pistón de potencia genera más trabajo del que consume, la compresión del
aire "frío" excedente es el trabajo útil en el eje de trabajo.
El desplazador consigue la potencia del movimiento de la hélice giratoria a través de la segunda biela.
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Historia del motor Stirling
En los inicios de la Revolución industrial, los hermanos James y Robert Stirling buscaban una alternativa más
segura a los motores de vapor convencionales de la época, puesto que estallaban demasiado a menudo.
En 1815 inventaron su motor Stirling construyendo un primer prototipo. El motor Stirling utilizó aire en vez de vapor,
lo que evitó el riesgo de las explosiones de los motores de vapor de la época.
El motor Stirling es un motor que, al revés de los de vapor y los de gasolina o gas-oil, es de combustión externa.
Puede utilizar cualquier fuente de calor como combustible y es más eficiente que los motores de gasolina y diesel.
Cuando se descubrieron los pozos de petróleo en Estados Unidos, con los precios baratos del combustible se
olvidaron los motores Stirling de aire caliente.
Con la crisis mundial del petróleo de 1973, los científicos e ingenieros recordaron el viejo principio de Stirling y lo
aplicaron a las fuentes alternativas de energía. Durante los años 1980 los profesores I. Kolin (universidad de de
Zagreb), J. Senft (universidad de Wisconsin) y otros desarrollaron los primeros motores usando un ciclo de Stirling
adaptado a un diferencial de la temperatura inferior a 20ºC. Su trabajo proporcionó la posibilidad de diseñar motores
Stirling accionados por luz del sol no concentrada o el calor residual.
Nuestro motor Stirling demuestra la conversión del calor de baja temperatura y la luz en energía mecánica.
Estos motores son ideales como modelo de demostración para los cursos de la física en escuelas, institutos y
universidades, en el que se pueden ver los elementos de mecánica clásica y termodinámica, así como los principios
de conversión de energía solar.
¡Atención precauciones!
• El motor Stirling no es un juguete y no es aconsejable para menores de 14 años.
• Los menores de edad deben montarlo acompañado por un adulto.
• Al poner en marcha el motor hay que tomar las mismas precauciones que cuando se enciende fuego.
• Nunca deje el motor ni la vela encendida sin supervisión.
• Nunca deje el motor parado con la vela encendida más de 3 minutos.
• No toque la cubierta inferior del motor, peligro de heridas por quemaduras.
• Fadisel, S.L. no es responsable de ningún daño o lesión que pueda ocurrir durante el uso de este motor.
NOTA : Este kit esta recomendado para niños a partir de 14 años, siempre
acompañado por un adulto .
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