Tercera
etapa
Hemos llegado a la tercera parte del
proceso. En esta fase deberemos construir el sistema que permita el funcionamiento
autónomo del motor.
Construcción del mecanismo de
arrastre del desplazador
Este mecanismo no es ni más ni menos
que un cigüeñal de forma especial construido de alambre de hierro dulce, o sea fácil de
conformar. Deberá utilizar una pinza para darle la forma adecuada.
Para que el movimiento del motor Stirling sea constante debe haber cierto desfase
entre el movimiento del pistón de potencia (globo) y el desplazador. Esto se logra con la
forma del cigüeñal en ángulo recto, pues se ha demostrado que el desfase más
adecuado es de 90º.
El cigüeñal debe conformarse de la siguiente manera:
La curva pequeña debe tener 1 cm. de
altura, en ella actuará el pistón de potencia. La curva grande debe tener 2 cm. de alto.
Construcción del volante de
inercia
Como casi toda máquina de tipo
alternativo, el motor Stirling debe contar con un volante de inercia para regularizar el
movimiento y mantener impulso cuando se pasa por los puntos muertos del ciclo. El volante
debemos colocarlo en uno de los extremos del cigüeñal del motor pegado al alambre con
pegamento epoxi o masilla del mismo tipo.
Elija un disco de un material
suficientemente pesado como para que el eje logre dar al menos dos o tres vueltas cuando
se lo impulse con la mano.
Yo utilicé para este fin dos discos
compactos en desuso pegados superficialmente, y dos discos metálicos pequeños para el
eje, pero se demostró que este conjunto no era suficientemente pesado como para cumplir
su función. Entonces tuve que agregar dos contrapesos en la periferia de los discos para
que aportaran masa al volante de inercia. Para mi sorpresa, a pesar de que el volante me
pareció de un peso excesivo, con estas modificaciones la máquina funcionó
perfectamente. Para agregar masa Ud. podría utilizar un par de plomadas de pesca tipo
reloj que se pueden pegar a los discos con cemento de contacto o adhesivo epoxi.
Construcción de la biela y del
pistón de potencia
Para que el globo como pistón de
potencia funcione correctamente, debemos agregarle un punto de apoyo firme en la
superficie blanda de la goma. Para lograr esto colocaremos un pequeño pedazo de madera en
el centro del globo por donde guiaremos, mediante un pequeño agujero, el hilo de pesca
que arrastrará al desplazador. Por la parte inferior colocaremos un disco perforado de
madera balsa o cartón grueso y fijaremos este con chinches a la madera atravesando el
globo que quedará fijado entre ambos elementos.
La biela está construida con una
chapa de hojalata doblada en forma longitudinal. A pesar de que la hojalata es un material
blando, al plegarla adquiere una extraordinaria rigidez. Usted también puede utilizar una
lámina simple, más gruesa. Lo importante es que sea lo suficientemente rígida como para
que no se deforme ante la presión del globo. Ahora perfore un orificio pequeño en el
extremo superior de la biela para conectarla al cigüeñal del motor. El extremo inferior
de la biela deberá plegarse y luego perforarse de la misma forma para poder fijarlo con
una chinche a la pieza de madera de la parte media del globo.
Chasis y base de la máquina
Como paso siguiente debemos construir
un chasis para la máquina. Esta estructura servirá para fijar las distintas partes del
motor y brindar una base de apoyo para todo el conjunto.
En mi modelo, el chasis fue
construido en madera, por la facilidad de trabajo de este material y por su
disponibilidad. Lo de disponibilidad significa que usé los recortes de madera que
encontré, de manera que mi primer modelo funcional no se caracteriza por su prolijidad.
No obstante el dibujo es mucho más prolijo.
El conjunto del chasis y el pie de
apoyo debería verse así:
La parte superior del soporte tiene
dos chapas metálicas perforadas que serán la "bancada" del cigüeñal del
motor. Asegúrese de que el eje de las perforaciones de estas chapas destinadas a acomodar
el eje del cigüeñal, coincidan en forma perpendicular con el eje de la lata-cilindro.
Las piezas de la parte media del chasis están destinadas a apoyar lateralmente la lata
que actúa como cilindro de nuestro motor de aire caliente. La lata será fijada en su
posición con un alambre y un tornillo a mariposa a modo de abrazadera.
Utilice clavos o tornillos para madera para ensamblar todas las piezas.
Las medidas son variables de acuerdo
al tamaño de los demás elementos. Ud. podrá adaptarlas de acuerdo al tamaño de la lata
mayor y a la longitud de la biela.
Ensamble final
Ahora solo resta armar todo el
conjunto. Primero coloque el conjunto cigüeñal-volante por su extremo libre y antes de
introducirlo en el otro soporte coloque el conjunto biela-globo en la curva más pequeña
de aquél. Es conveniente colocar un retén en la curva pequeña del cigüeñal para
evitar que la biela se desplace lateralmente cuando el motor esté en funcionamiento. Es
posible usar una pequeña chapita doblada con este objetivo (vea la figura). Luego
deberá atar en el extremo superior del hilo de pescar un clip de oficina. Este clip sirve
para conectar la curva grande del cigüeñal del motor al hilo del desplazador y lograr el
movimiento de ascenso-descenso del pistón. Asegúrese de que el desplazador con el hilo
en tensión quede en el fondo del cilindro pero que no llegue a tocar la base de la
lata-cilindro.
Ahora pondremos en marcha el
motor.
Consiga un recipiente pequeño, como
una tapa metalica. Coloque dentro un trozo de algodón y llene el recipiente con alcohol.
Ahora coloque este mechero improvisado debajo de la lata regulando su altura como para que
una vez encendido la parte superior de la llama alcance en toda su potencia a la base
concava de la lata-cilindro.
¡El motor no arranca por si
mismo!
Luego de encendido espere un minuto y
mueva con la mano el volante de la máquina.
El giro será fácil en una sola dirección. El motor comenzará a girar y luego de unos
instantes alcanzará entre 200 y 400 rpm. El único ruido, moderado, será la expansión y
contracción del globo. Notese que el motor funciona mientras exista una diferencia de
temperatura apreciable entre la parte superior (fría) y la parte inferior (caliente).
Apague el fuego y vea que el motor seguirá funcionado por un tiempo.
Como nuestro motor tiene un pistón de goma, para asegurar la vida del globo no lo deje
funcionar mas de 5 minutos.
Mejoras posibles
Con el objeto de mejorar el
rendimiento y proteger el globo del recalentamiento yo agregé a mi modelo "una
camisa de agua" que envuelve al cilindro evitando que la conducción térmica del
metal, alcance la parte superior donde se encuentra el globo. Para este fin utilicé un
envase circular de margarina que adherí a la lata con pegamento epoxi.
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