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MODELAGEM
Modelo do motor Stirling. dicas para modelista
Diretório / Equipamento de controle de rádio O motor Stirling é um motor de combustão externa no qual a energia térmica é fornecida ao fluido de trabalho (no nosso caso, ar) de fora - através da parede do cilindro. Seu princípio de funcionamento é baseado em uma lei física bem conhecida - a expansão e compressão do ar quando aquecido e resfriado. Portanto, Stirling também é chamado de motor térmico a ar. O modelo descrito no livro “Current Models of Heat Engines” de S. Baranov (publicado em 1816) nos ajudará a entender o funcionamento do motor que Stirling desenvolveu em 1936. Primeiro, vamos falar sobre como funciona o modelo Stirling. É montado a partir de quatro partes principais: dois cilindros comunicantes - trocador de calor 6 e de trabalho 3, uma câmara de aquecimento - vamos chamá-la de fornalha 4 - e um tanque de água fria (não aparece nos diagramas I-III, veja no geral vista do motor).
Na parte superior do cilindro trocador de calor 6, uma câmara 7 para água é hermeticamente fechada. Sua tarefa é resfriar o ar aquecido. Por esta câmara passa a haste do pistão-deslocador 5. O deslocador é instalado no cilindro 6 com folga, sem tocar nas paredes. O pistão de trabalho 2, ao contrário, está firmemente ajustado ao cilindro 3 e se move ao longo dele praticamente sem folga. O deslocador 5 e o pistão de trabalho 2 são conectados entre si através de um mecanismo de manivela, e a manivela e o excêntrico são instalados um em relação ao outro com uma mudança de fase de 90°. Os cilindros são conectados entre si por um tubo e, portanto, o ar pode passar facilmente do trocador de calor para o cilindro de trabalho e vice-versa. O mecanismo de manivela consiste em uma manivela com biela e eixo (unidade 8), um excêntrico 1 e um volante 9. O diâmetro do volante é de 80 mm e a distância do eixo ao pino excêntrico é de 14 mm. Então, vamos supor que colocamos uma lâmpada a álcool na fornalha 4 e começamos a aquecer o fundo do cilindro 6. Depois de algum tempo, o ar sob o pistão deslocador vai aquecer (e, portanto, expandir) e subir (lembre-se: há um espaço entre o corpo imerso e a parede do cilindro). Vamos mover o volante 9 de seu ponto morto e o pistão-deslocador 5 começará a subir, deslocando o ar frio de cima para baixo. O pistão de trabalho 2 também começará a se mover lentamente. O ar frio, em contato com o fundo quente do cilindro 6, aquecerá, a pressão aumentará e o ar fluirá através do tubo para o cilindro de trabalho 3. Sob sua influência, o pistão 2 iniciará seu curso de trabalho. O pistão se move para cima e, entretanto, o deslocador já começou a se mover para baixo, porque suas fases, como já mencionado, estão deslocadas em 90°. O pistão assumiu a posição superior e, sob a influência da inércia do volante 9, começa a cair, deslocando para o cilindro 6 o ar de exaustão que perdeu seu calor original. Uma vez na parte superior do cilindro trocador de calor, ele esfria ainda mais e diminui de volume. Durante o curso reverso do pistão de trabalho, o deslocador começa a subir novamente e novamente impulsiona o ar frio de cima para baixo. Em contato com o fundo quente do cilindro 6, o ar frio aquece, expande e o ciclo se repete. O principal na operação de tal motor é o resfriamento a ar. No nosso modelo, isso é feito pela água proveniente de um reservatório instalado próximo ao motor. Assim que a água da câmara 7 é aquecida pelo ar quente, ela sobe pela tubulação e entra no tanque. E em seu lugar, pelo tubo inferior, sai água fria do tanque. Na física, esse fenômeno é chamado de convecção térmica. Agora sobre como fazer um modelo do motor.
Ambos os cilindros 3 e 6, a fornalha 4 são mais fáceis de soldar em estanho. Primeiro, corte a peça bruta para o cilindro 6 (sua largura é de aproximadamente 223 mm), faça furos com diâmetro de 4,2 mm para o eixo e depois dobre-a em uma peça redonda. Solde o cilindro. Nas laterais externas de suas orelhas, buchas de solda com diâmetro interno de pelo menos 4,2 mm - atuam como rolamentos. Então comece a fazer a câmara de água 7. Recorte dois círculos da lata de acordo com o diâmetro do cilindro resultante. No centro, faça furos para um tubo com diâmetro interno de aproximadamente 3 mm (seu comprimento é de 32 mm). Solde o tubo nos círculos de forma que a distância entre eles seja de 30 mm. Fixe a peça resultante soldando dentro do cilindro, afastando-se de sua borda inferior em 35 mm. Procure realizar esta operação com o maior cuidado possível; a câmara 7 deve estar vedada e a água não deve vazar pelas paredes. O deslocador 5 é montado a partir de um cilindro leve de madeira, cujo diâmetro é aproximadamente 2,5 mm menor que o diâmetro interno do cilindro 6 (sua altura é selecionada experimentalmente) e uma haste feita de agulha de tricô com diâmetro de 2,8 mm. Cubra o cilindro com círculos de estanho em ambos os lados. Faça um furo no centro do cilindro de acordo com o diâmetro da haste e insira a haste firmemente nele. Para evitar que salte devido ao aquecimento, solde-o em círculos de estanho. A haste deve mover-se livremente ao longo do tubo da câmara 7, sem atrito excessivo. Faça um furo para o pino da biela na parte superior da haste. Preste atenção especial ao cilindro 3 e ao pistão 2. O funcionamento de todo o modelo depende de sua qualidade. O cilindro pode ser feito de um pedaço de tubo de cobre com 40 mm de comprimento e 18-20 mm de diâmetro, soldado na parte inferior com um círculo de latão. No cilindro acabado, não esqueça de fazer um furo para conectá-lo ao cilindro maior. em um torno. A haste é articulada na parte superior do pistão. A placa da fornalha 4 também precisa ser dobrada sobre uma placa redonda, tendo previamente feito furos para ar e parafusos de montagem. É aconselhável soldá-lo diretamente no cilindro 6 acabado. Agora você precisa montar o modelo: soldar o cilindro 3, encaixar o pistão 2 nele, soldar um tubo nos cilindros para comunicação entre si, montar o mecanismo de manivela, soldar o parte inferior do cilindro 6. Coloque a carcaça do motor acabada na fornalha 4 e fixe com solda. O reservatório de resfriamento de água é uma lata com tubos soldados na parte inferior e superior, na qual são fixadas mangueiras de borracha. O tanque é fixado próximo ao motor em um suporte de madeira. Resumindo, notamos que o motor Stirling opera com base no seguinte fenômeno físico: o trabalho realizado pelo ar quente durante a expansão é maior que o trabalho que deve ser gasto na sua compressão. Portanto, tente depurar melhor a cinemática do modelo para reduzir ao mínimo o atrito nas unidades móveis. Algumas palavras sobre stirlings modernos. Os motores de combustão externa ainda estão em construção e, em alguns aspectos, estão à frente de outros motores. Hoje eles não são mais tão volumosos como eram no século passado. Eles usam gás leve como fluido de trabalho: hélio ou hidrogênio (Robert Stirling usou ar). A operação do Stirling moderno não é afetada pelo ambiente externo: o gás bombeado para dentro da carcaça sob pressão está em um volume fechado. Portanto, os motores Stirling modernos podem ser usados em quase todos os lugares: na água, no subsolo e no espaço sideral, ou seja, onde os motores convencionais não funcionam. Autor: V. Gorstkov
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