Hoe maak je een Coke Can Stirling Engine

Hoe kun je een van deze in een kleine motor veranderen? Meer weten? Bekijk deze afbeeldingen van automotoren! Sean Ellis / Photographer's Choice / Getty Images

Als je een paar blikjes frisdrank en een paar andere gemakkelijk te vinden accessoires hebt, kun je een van de eerste commercieel levensvatbare motoren ooit maken. Hoewel klein van formaat, spreekt een Stirlingmotor van een colablikje nog steeds tot onze collectieve mechanische ziel terwijl het op een plank schuift en brokkelt, een vliegwiel draait, een paar ventilatorbladen laat draaien of zelfs een paar watt genereert.

Zijn eenvoud roept een andere tijd op. En of je het nu bekijkt als een proof of concept, een interessant model, een conversatiestuk of een stuk kinetische sculptuur, het maken van een frisdrankblikje Stirling-motor is een geweldige manier om in het verleden te stappen.

De Stirling-motor was het geesteskind van Robert Stirling, die het concept in 1816 uitvond. Het idee achter zijn motor was om lucht te gebruiken om een ​​motor aan te drijven, in plaats van de opkomende technologie in die tijd - stoom.

Wat de motor van Stirling onderscheidde van andere, was het gebruik van een "economizer", die het brandstofverbruik verbeterde. Dit staat nu bekend als een regenerator. Tussen 1816 en 1843 verfijnden Stirling en zijn broer James het ontwerp en de efficiëntie van de motor. Halverwege de 19e eeuw werden zijn motoren aangedreven door grote industrieën, waaronder gieterijen. Zijn motor was echter, evenals de meeste heteluchtmotoren, meer geschikt voor toepassingen met een laag vermogen. Zijn wens om een ​​veiliger alternatief te creëren voor de vaak exploderende stoommachines werd verslagen door de behoefte aan meer vermogen om groeiende industrieën te runnen.

Het eerste dat u moet weten over een Stirling-motor, is hoe de onderdelen bij elkaar passen en hoe ze werken.

Inhoud

1. Benodigdheden voor het bouwen van een Coke Can Stirling Engine
2. Voorbereidingen voor het bouwen van een Coke Can Stirling Engine
3. Het samenstellen van een Coke Can Stirling Engine

Haal de regenerator van Stirling weg en je hebt een heteluchtmotor. Hoe een heteluchtmotor werkt, is eenvoudig. Lucht wordt wat de "werkvloeistof" wordt genoemd. Een warmtebron, in het geval van de meeste frisdrankblikjes Stirling-motoren, dit is een theelichtkaars, verwarmt de lucht waardoor deze uitzet. De lucht wordt vervolgens gekoeld, waardoor deze samentrekt. De uitzetting en samentrekking van de lucht of werkvloeistof is een thermodynamische cyclus. Gebruik nu deze thermodynamische cyclus om een ​​zuiger te verplaatsen en je hebt de thermodynamische cyclus effectief toegestaan ​​om nuttig mechanisch werk te produceren. Wanneer je een krukas aan de zuiger bevestigt en een vliegwiel toevoegt, heb je de basis van een motor.

Door één Stirling-engine te bouwen, leer je meer dan een paar lessen over zelfgemaakte brouwtechniek. Bovenal is het bouwen ervan erg leuk en geeft het je de kans om creatief te worden met wat de meeste mensen als rotzooi beschouwen. En als je het ziet werken, gaat het naar een heel nieuw niveau.

Klinkt eenvoudig? Dat is zo, maar er is nog een tijdje te gaan voordat de motor is gebouwd. Je hebt meer componenten nodig, een paar materialen en een goed begrip van hoe ze allemaal in elkaar passen voordat je motor wegschiet.

Dit heb je nodig:

• Drie (3) blikjes frisdrank
• Een (1) ballon
• Twee (2) spaaknippels
• Vier (4) 5A elektrische aansluitblokken
• Staaldraadwol
• Een dop van een plastic fles
• Stalen draad
• Koperdraad
• Deuvelstang
• Elektrische draad
• Visdraad
• Drie (3) compact discs
• Blikopener
• Universeel mes
• Superlijm [bron: ScrapToPower.com]

Laten we een rondleiding krijgen langs de componenten die u gaat bouwen, kijken hoe ze werken, wat ze doen en hoe alles bij elkaar past.

Stirling geschiedenis

Robert Stirling was niet de eerste die een luchtmotor probeerde, maar hij was de eerste die een levensvatbaar commercieel product creëerde, en zijn motorontwerp werd in 1818 in gebruik genomen om een ​​waterpomp in een steengroeve aan te drijven.

Een eenvoudige theelichtkaars kan de warmte leveren voor een frisdrankblikje Stirling-motor. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

"Je moet denken als een horlogemaker", zegt Jim Larsen, een oude Stirling-motorenbouwer, auteur en opvoeder. "Je moet op de details letten. Als je op de details let, heb je een grotere kans op succes."

De belangrijkste componenten van een Stirlingmotor zijn relatief eenvoudig en ongecompliceerd. Terwijl we ons concentreren op een motor voor frisdrankblikjes, zijn motoren gebouwd met materialen variërend van verfblikken tot olievaten. Larsen zei tijdens een Thanksgiving-uitdaging tijdens een bezoek aan schoonouders, hij bouwde een Stirling-motor van diverse ijzerhandelmaterialen, waaronder potten en pannen.

Aluminium blikjes frisdrank bieden kant-en-klare, voorgevormde vormen die perfect zijn voor de motoren. Ze zijn ook gemakkelijk om mee te werken en natuurlijk erg goedkoop. En hoewel ze niet robuust genoeg zijn voor serieus gebruik, zijn ze bestand tegen de micro-pk's die door de meeste motorplannen worden geproduceerd.

De drukkamer is een vat dat de ingesloten lucht of werkvloeistof vasthoudt in het gesloten systeem. Hier wordt de lucht verwarmd en gekoeld tijdens de thermodynamische cyclus. Hoewel lucht- en druklekken de vloek van veel motoren kunnen zijn, heeft de drukkamer eigenlijk een klein gecontroleerd lek nodig. Zonder dit lek zou de kamer gewoon een barometer worden en alleen reageren op veranderingen in de barometrische druk van de lucht eromheen.

Larsen zei dat veel Stirling-bouwers ervoor kiezen om de werkvloeistof in de drukkamer te veranderen van lucht naar helium, dat beter reageert tijdens de thermodynamische cyclus.

De aandrijfmechanisme gebruikt de uitzetting en samentrekking van de lucht in de drukkamer om een ​​krukas aan te drijven. Het aandrijfmechanisme kan aan de zijkant van de motor worden bevestigd of in de structuur van de motor worden geïntegreerd.

Voor Larsen, de krukas is het meest kritische onderdeel van de motor en beïnvloedt elk onderdeel van het geheel, van de timing en de verplaatsing van de verdringer tot de snelheid van het vliegwiel en de balans van het geheel. "Dit is een onderdeel waar je tijd aan wilt besteden om het goed te krijgen", zei Larsen.

De vliegwiel dient als meer dan indicatie dat de motor werkt. Het fungeert als een soort energieopslagapparaat. Een goed uitgebalanceerd vliegwiel neemt de energie die ontstaat tijdens de arbeidsslag van de motor en slaat deze op. Wanneer energie nodig is om de verdringer naar beneden te duwen, levert het vliegwiel de opgeslagen energie om wrijving en andere krachten te overwinnen. Zonder een goed vliegwiel zou de verdringer gewoon naar de bovenkant van de kamer stijgen en daar blijven.

Larsen zei dat het hebben van een goed uitgebalanceerd vliegwiel de sleutel is tot efficiëntie. Als het wiel niet in balans is, moet de motor harder werken om het te verplaatsen. 'Je wilt niet dat de motor meer werk doet dan nodig is', zei hij.

De verdringer in een heteluchtmotor dient om de lucht binnen de drukkamer te verplaatsen. Onthoud dat de motor niet kan draaien zonder de thermodynamische cyclus waarbij lucht wordt verwarmd en gekoeld, wat uitzetting en samentrekking veroorzaakt. Als de drukkamer eenvoudig werd verwarmd, zonder iets erin om de lucht te verplaatsen, zou de lucht binnenin opwarmen en uitzetten, maar nooit samentrekken.

Met de warmtebron onderin gebruikt de heteluchtmotor ook koeling aan de bovenzijde, meestal ijs of koud water, om de lucht te koelen. Terwijl de lucht wordt verwarmd, zet deze uit en beweegt de verdringer naar de bovenkant van de drukkamer. Aan de bovenkant van de kamer wordt de lucht gekoeld, trekt samen en beweegt de verdringer naar beneden. Dit alles gebeurt met behulp van het aandrijfmechanisme, de krukas en het vliegwiel.

De verdringer is meestal een gewalst stuk staalwol met een lichte draad die door het midden loopt. Weet je nog dat Larsen sprak over moeten denken als een horlogemaker? Dit is een van die tijden. De verdringer moet vrij in de drukkamer kunnen schuiven en tegelijkertijd het meeste vullen. Het moet de vrije luchtstroom mogelijk maken, terwijl een deel van de stroom wordt beperkt. Het idee is om wrijving te minimaliseren en de effectiviteit te maximaliseren. Dit thema is een constante tijdens de constructie van de motor.

De warmte doos is gewoon een standaard waarop de motor staat. De warmtebron is onder de motor geplaatst.

Dit lijkt veel werk voor weinig rendement. Maar er is een tastbaar gevoel wanneer je de motor afmaakt, de werkzaamheden oplost om hem aan de gang te krijgen en hem vanzelf ziet puffen. Voor Larsen begon zijn fascinatie meer dan een half decennium geleden, terwijl de jouwe binnen een paar dagen zou kunnen beginnen.

Video

Bekijk deze video en enkele andere online om een ​​blikje frisdrank Stirling-motor in actie te zien.

• Hoe Stirling-motoren werken
• Hoe automotoren werken
• Hoe dieselmotoren werken
• Hoe tweetaktmotoren werken
• Hoe een Hot Bulb Engine werkt

Bronnen

• Bruin, Buster. "Hoe heteluchtmotoren werken." Hete lucht motoren. (29 februari 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Redacteuren van Make Magazine; "The Best of Make." O'Reilly Media, Inc. 2007. Pgs. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29 februari 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Persoonlijk interview. 2 maart 2012
• Larsen, Jim. "Elf Stirling Engine-producten die u kunt bouwen." Zelf gepubliceerd, januari 2012. (29 februari 2012)
• Larsen, Jim. "Snelle en gemakkelijke Stirling Engine." Zelf gepubliceerd. September 2011. (29 februari 2012)
• Leuk, Karim. "Hoe Stirling-motoren werken." .com. 4 mei 2001. (29 februari 2012) https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. "Dean Kamen ontwikkelt ecohybride die kan draaien op alles wat brandt." Gizmag.com, 28 juni 2009. (1 maart 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/