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MODELADO
Modelo de motor Stirling. Consejos para un modelador
Directorio / Equipos de radiocontrol El motor Stirling es un motor de combustión externa en el que se suministra energía térmica al fluido de trabajo (en nuestro caso, aire) desde el exterior, a través de la pared del cilindro. Su principio de funcionamiento se basa en una ley física bien conocida: la expansión y compresión del aire cuando se calienta y se enfría. Por lo tanto, a Stirling también se le llama motor aerotérmico. El modelo descrito en el libro de S. Baranov "Modelos actuales de motores térmicos" (publicado en 1816) nos ayudará a comprender el funcionamiento del motor que Stirling desarrolló en 1936. Primero, hablemos de cómo funciona el modelo Stirling. Se ensambla a partir de cuatro partes principales: dos cilindros comunicantes - intercambiador de calor 6 y trabajo 3, una cámara de calentamiento - llamémosle cámara de combustión 4 - y un tanque de agua fría (no se muestra en los diagramas I-III, véalo en general vista del motor).
En la parte superior del cilindro de intercambio de calor 6 está herméticamente sellada una cámara 7 para agua. Su tarea es enfriar el aire caliente. A través de esta cámara pasa el vástago del pistón-desplazador 5. El desplazador se instala en el cilindro 6 con un hueco, sin tocar las paredes. El pistón de trabajo 2, por el contrario, está firmemente acoplado al cilindro 3 y se mueve a lo largo de él prácticamente sin espacios. El desplazador 5 y el pistón de trabajo 2 están conectados entre sí a través de un mecanismo de manivela, y la manivela y la excéntrica están instaladas entre sí con un cambio de fase de 90°. Los cilindros están conectados entre sí mediante un tubo y, por lo tanto, el aire puede pasar fácilmente desde el intercambiador de calor al cilindro de trabajo y viceversa. El mecanismo de manivela consta de una manivela con biela y eje (unidad 8), una excéntrica 1 y un volante 9. El diámetro del volante es de 80 mm y la distancia desde el eje al pasador excéntrico es de 14 mm. Entonces, supongamos que colocamos una lámpara de alcohol en la cámara de combustión 4 y comenzamos a calentar la parte inferior del cilindro 6. Después de un tiempo, el aire debajo del pistón desplazador se calentará (y por lo tanto se expandirá) y se precipitará hacia arriba (recuerde: hay un espacio entre el desplazador y la pared del cilindro). Saquemos el volante 9 de su punto muerto y el desplazador de pistón 5 comenzará a subir, desplazando el aire frío de arriba a abajo. También comenzará a moverse lentamente el pistón de trabajo 2. El aire frío, en contacto con el fondo caliente del cilindro 6, se calentará, la presión aumentará y el aire fluirá a través del tubo hacia el cilindro de trabajo 3. Bajo su influencia, el pistón 2 comenzará su carrera de trabajo. El pistón se mueve hacia arriba, y mientras tanto el desplazador ya ha comenzado a moverse hacia abajo, porque sus fases, como ya se mencionó, están desplazadas 90°. El pistón ha tomado la posición superior y, bajo la influencia de la inercia del volante 9, comienza a caer, desplazando el aire de escape que ha perdido su calor original hacia el cilindro 6. Una vez en la parte superior del cilindro de intercambio de calor, se enfría aún más y disminuye de volumen. Durante la carrera inversa del pistón de trabajo, el desplazador comienza a subir nuevamente y nuevamente impulsa aire frío de arriba a abajo. En contacto con el fondo caliente del cilindro 6, el aire frío se calienta, se expande y el ciclo se repite. Lo principal en el funcionamiento de un motor de este tipo es la refrigeración por aire. En nuestro modelo, esto se hace mediante agua proveniente de un depósito instalado al lado del motor. Tan pronto como el agua de la cámara 7 se calienta con aire caliente, sube por la tubería y entra al tanque. Y en su lugar, a través del tubo inferior, sale agua fría del tanque. En física, este fenómeno se llama convección térmica. Ahora sobre cómo hacer un modelo del motor.
Tanto los cilindros 3 como 6, la cámara de combustión 4 son los más fáciles de soldar con estaño. Primero, corte la pieza en bruto para el cilindro 6 (su ancho es de aproximadamente 223 mm), taladre agujeros con un diámetro de 4,2 mm para el eje y luego dóblela hasta formar una pieza en bruto redonda. Soldar el cilindro. En los lados exteriores de sus orejas, se sueldan casquillos con un diámetro interno de al menos 4,2 mm; actúan como cojinetes. Luego comience a hacer la cámara de agua 7. Recorta dos círculos de la lata según el diámetro del cilindro resultante. En su centro, taladre agujeros para un tubo con un diámetro interno de aproximadamente 3 mm (su longitud es de 32 mm). Suelde el tubo en los círculos para que la distancia entre ellos sea de 30 mm. Asegure la pieza resultante soldando dentro del cilindro, alejándose de su borde inferior 35 mm. Intente realizar esta operación con el mayor cuidado posible; la cámara 7 debe estar sellada y el agua no debe filtrarse a través de las paredes. El desplazador 5 se ensambla a partir de un cilindro de madera liviano, cuyo diámetro es aproximadamente 2,5 mm más pequeño que el diámetro interno del cilindro 6 (su altura se selecciona experimentalmente) y una varilla hecha de una aguja de tejer con un diámetro de 2,8 mm. Cubre el cilindro con círculos de hojalata por ambos lados. Taladre un agujero en el centro del cilindro de acuerdo con el diámetro de la varilla e inserte la varilla firmemente en él. Para evitar que salte debido al calentamiento, sueldelo a círculos de estaño. La varilla debe moverse libremente a lo largo del tubo de la cámara 7, sin fricción excesiva. Taladre un agujero en la parte superior de la biela para el pasador de biela. Preste especial atención al cilindro 3 y al pistón 2. De su calidad depende el funcionamiento de todo el modelo. El cilindro se puede fabricar a partir de un trozo de tubo de cobre de 40 mm de largo y 18-20 mm de diámetro, soldado en la parte inferior con un círculo de latón. En el cilindro terminado, no olvide perforar un agujero para conectarlo al cilindro más grande. en un torno. La varilla está articulada en la parte superior del pistón. La pieza de trabajo de la cámara de combustión 4 también debe doblarse sobre una pieza de trabajo redonda, habiendo hecho previamente agujeros para el aire y los tornillos de montaje. Es aconsejable soldarlo directamente al cilindro 6 terminado. Ahora necesita ensamblar el modelo: soldar el cilindro 3, colocarle el pistón 2, soldar un tubo en los cilindros para comunicarse entre sí, montar el mecanismo de manivela, soldar el parte inferior del cilindro 6. Coloque la carcasa del motor terminada en la cámara de combustión 4 y asegúrela con soldadura. El depósito de refrigeración por agua es una lata con tubos soldados en la parte inferior y superior, a los que se conectan mangueras de goma. El tanque está fijado al lado del motor sobre un soporte de madera. En resumen, observamos que el motor Stirling funciona según el siguiente fenómeno físico: el trabajo realizado por el aire caliente durante la expansión es mayor que el trabajo que se debe gastar en su compresión. Por lo tanto, intente depurar mejor la cinemática del modelo para reducir al mínimo la fricción en las unidades en movimiento. Algunas palabras sobre Stirlings modernos. Los motores de combustión externa todavía se están construyendo y, en algunos aspectos, están por delante de otros motores. Hoy ya no son tan voluminosos como lo eran en el siglo pasado. Utilizan gas ligero como fluido de trabajo: helio o hidrógeno (Robert Stirling utilizó aire). El funcionamiento del Stirling moderno no se ve afectado por el entorno externo: el gas bombeado a la carcasa bajo presión se encuentra en un volumen cerrado. Por lo tanto, los motores Stirling modernos se pueden utilizar en casi todas partes: en el agua, bajo tierra y en el espacio exterior, es decir, donde los motores convencionales no pueden funcionar. Autor: V. Gorstkov
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