3B SCIENTIFIC 1000817 [U8440450] El manual del propietario

Marca: 3B SCIENTIFIC

Modelo: 1000817 [U8440450]

Tipo: El manual del propietario

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Stirling-Motor D 1000817

Bedienungsanleitung

11/23 THL/ALF/UD

1 Grundplatte

2 Aussparung für Teelicht

3 Heizplattenanschluss

4 Schlauchanschlussstutzen mit Verschlusskappe

5 Stativsäule

6 Schwungstange mit Massen

7 Exzenter mit Nut

8 Winkelscheibe

9 Zugfeder

10 Pleuel mit Haken

11 Arbeitskolben (Membran)

12 Obere Platte

13 Verdrängerkolben

14 Untere Platte mit elektrischer Heizung

1. Sicherheitshinweise

Beim Arbeiten mit offener Flamme besteht

Brand- und Verletzungsgefahr!

 Beim Umgang mit offener Flamme und flüs-

sigem Wachs besondere Vorsicht walten

lassen.

 Der Stirling-Motor darf nicht gleichzeitig

elektrisch und mit Teelicht beheizt werden.

Dies kann zur Beschädigung des Geräts

führen.

 Bei Betrieb des Stirling-Motors mit einem

Spotlight oder Sonnenlicht ist unbedingt da-

rauf zu achten, dass die roten Kunststoff-

teile nicht intensiver Wärmestrahlung aus-

gesetzt werden.

2. Beschreibung

Der Stirling-Motor D ist ein für den Unterricht op-

timiertes Funktionsmodell zur Demonstration

der Umwandlung von thermischer Energie in

mechanische Energie sowie zur Untersuchung

des Stirling’schen Kreisprozesses.

Der Verdrängerkolben bewegt sich diskontinu-

ierlich mit einer Verweilzeit während der Erwär-

mung und während der Abkühlung des Arbeits-

mediums Luft. Dadurch wird der ideale Stir-

ling’sche Kreisprozess besser ausgefahren als

dies bei kontinuierlicher Kolbenbewegung der

Fall wäre und es wird ein höherer Wirkungsgrad

erreicht. Die Steuerung des Verdrängerkolbens

erfolgt über die Winkelscheibe. Bei Wärmezu-

fuhr von unten über die Heizplatte oder eine

Kerzenflamme eilt der Verdrängerkolben dem

Arbeitskolben (Membran) um ca. 100° voraus.

Der optimale Winkel ist technisch bedingt dreh-

zahlabhängig.

Zur Wärmezufuhr kann wahlweise eine inte-

grierte elektrische Heizplatte, ein Teelicht oder

die gebündelte Wärmestrahlung der Sonne

bzw. einer Lampe genutzt werden. Dabei hängt

die Drehrichtung davon ab, ob die Wärmezufuhr

von oben oder von unten erfolgt.

Zur Aufnahme von pV-Diagrammen kann die

Druckmessung im Arbeitszylinder über einen

Schlauchanschlussstutzen bewerkstelligt wer-

den und die Volumenbestimmung durch Befes-

tigen eines Fadens am Haken des Pleuels zur

Messung des Hubweges des Arbeitskolbens.

3. Lieferumfang

1 Stirling-Motor D 1000817

1 Satz Transportsicherung (Schaumstoffblock,

Gummiring und Arretierstab)

4. Zubehör

Ergänzungssatz Stirling-Motor D (1008516)

Der Ergänzungssatz Stirling-Motor D stellt die

Zubehörteile bereit, die zum Aufbau der Senso-

ren nötig sind. Der Satz besteht aus:

1 Auflageplatte für die Montage des Wegauf-

nehmers (1021534)

1 Rändelschraube zur Befestigung der Auflage-

platte auf der Stativsäule

1 Stiel mit Magnetfuß für den Wegaufnehmer

1 Silikonschlauch zum Anschluss des Relativ-

drucksensors (1021532)

1 Fadenset mit Saugnapf

2 Massestücke mit Haken je 20 g

5. Technische Daten

Heizspannung: 8 – 15 V, 1,5 A

Gasvolumen: 330 cm³ – 345 cm³

Drehzahl: 30 – 100 U/min

Abmessungen ohne

Schwungstange: 260×185×330 mm³

Schwungstange: 400 mm

Masse: 2,2 kg

6. Funktionsprinzip

Die Funktionsweise des Stirling-Motors kann ver-

einfachend in die folgenden vier Takte unterteilt

werden:

Wärmezufuhr:

Zur Wärmezufuhr bewegt sich der Verdränger-

kolben (P1) aufwärts und verdrängt die Luft

nach unten in den geheizten Bereich des Ver-

drängungszylinders. Temperatur und Druck

steigen annähernd isochor an. Der Arbeitskol-

ben befindet sich währenddessen im unteren

Totpunkt (siehe Fig. 1). Der Verdrängerkolben

läuft dem Arbeitskolben vorraus und erreicht

den oberen Totpunkt. Die Luft hat nun das

kleinste Volumen, die höchste Temperatur und

den höchsten Druck (siehe Fig. 2).

Expansion:

Die erwärmte Luft expandiert annähernd iso-

therm und treibt den Arbeitskolben (P2) nach

oben. Dabei wird mechanische Arbeit über die

Kurbelwelle an die Schwungstange abgegeben.

Das Luftvolumen wird größer, die Luft nimmt

Wärme auf und der Druck verringert sich (siehe

Fig. 3).

Wärmeabgabe:

Bei der Wärmeabgabe befindet sich der Ar-

beitskolben im oberen Totpunkt, während sich

der Verdrängerkolben (P1) abwärts bewegt und

die Luft in den oberen Bereich des

Verdrängungszylinders verdrängt. Die Luft wird

abgekühlt und die obere Platte nimmt Wärme

auf. Der Verdrängerkolben erreicht den unteren

Totpunkt (siehe Fig. 4 und 5).

Kompression:

Die abgekühlte Luft wird isotherm durch den

sich nach unten bewegenden Arbeitskolben

komprimiert. Die mechanische Arbeit hierfür

wird durch die Schwungstange geliefert (siehe

Fig. 6).

Fig. 1: Wärmezufuhr

Fig. 2: Wärmezufuhr

Fig. 3: Expansion

Fig. 4: Wärmeabgabe

Fig. 5: Wärmeabgabe

Fig. 6: Kompression

7. Erstinbetriebnahme

Fig. 7: Stirling-Motor in gesichertem Zustand

 Gummiring (3) vom Sicherungshaken (4) für

den Verdrängerkolben abnehmen und Ha-

ken aus dem Schlauchanschlussstutzen

herausziehen.

 Schlauchanschlussstutzen mit roter Ver-

schlusskappe (5) abdichten.

 Schaumstoffblock (2) zwischen Stativsäule

und Schwungmasse entnehmen.

 Arretierschraube (1) lösen, Schwungstange

horizontal im Gleichgewicht ausrichten und

Arretierschraube wieder festziehen.

Der Motor ist damit betriebsbereit.

Der Transport des Stirling-Motors darf nur mit

gesichertem Verdrängerkolben erfolgen.

 Dazu Verschlusskappe vom Schlauchan-

schlussstutzen entfernen, Sicherungsha-

ken wieder einsetzen und mit dem Gummi-

ring sichern.

 Schwungstange arretieren.

8. Bedienung

8.1 Betrieb als Wärmekraftmaschine

8.1.1 Elektrische Heizung

Zur elektrischen Beheizung des Stirling-Motors

ist folgendes Netzgerät empfehlenswert:

1 DC-Netzgerät @230 V 1003312

oder

1 DC-Netzgerät @115 V 1003311

 Netzgerät an das Buchsenpaar anschließen

und eine Heizspannung bis 12 V (ca. 1,5 A)

einstellen.

 Nach einer Aufheizzeit von ca. 1 bis 2 Minu-

ten Schwungstange mit Drehrichtung im

Uhrzeigersinn bei Blickrichtung von vorn auf

den Motor anstoßen.

 Falls der Stirling-Motor sich nicht selbstän-

dig weiterdreht, den Anstoß nach ca. 1 min

wiederholen.

Die Motordrehzahl verhält sich annähernd pro-

portional zur Temperaturdifferenz zwischen

oberer Platte und unterer Platte und ist damit

weitgehend von der zugeführten Wärme abhän-

gig.

 Heizspannung schrittweise bis auf 8 V redu-

zieren und Abnahme der Drehzahl be-

obachten.

8.1.2 Heizung mit einer Kerzenflamme

 Teelicht entzünden und auf eine hitzeresis-

tente Unterlage stellen.

 Stirling-Motor mit seiner zentrischen Aus-

sparung über das Teelicht stellen.

 Einige Minuten abwarten, bis sich die un-

tere Platte erhitzt hat.

 Schwungstange mit Drehrichtung im Uhr-

zeigersinn bei Blickrichtung von vorn auf

den Motor anstoßen.

 Falls der Stirling Motor sich nicht selbstän-

dig weiterdreht, den Anstoß nach ca. 1 min

wiederholen.

8.1.3 Heizung mit einer Lampe (Spotlight)

 Obere Platte des Stirling-Motors von oben

aus einer Entfernung von 1 bis 2 cm einer

60-W-Glühlampe mit eingeschränktem Ab-

strahlwinkel (Spotlight) bestrahlen. Die un-

tere Platte kühlt in diesem Falle die Luft im

Verdrängerzylinder ab.

 Alternativ die obere Platte mit durch einen

Hohlspiegel gebündeltes Sonnenlicht be-

heizen.

 Etwa 8 bis 10 Minuten abwarten, bis sich die

obere Platte erhitzt hat.

 Schwungstange mit Drehrichtung gegen

den Urzeigerrichtung bei Blickrichtung von

vorn auf den Motor anstoßen.

 Falls der Stirling-Motor sich nicht selbstän-

dig weiterdreht, den Anstoß nach einiger

Zeit wiederholen.

8.2 Aufnahme des pV-Diagramms

Zur Aufnahme des pV-Diagramms sind fol-

gende Geräte zusätzlich erforderlich:

1 Ergänzungssatz Stirling-Motor D 1008516

1 DC-Netzgerät @230 V 1003312

oder

1 DC-Netzgerät @115 V 1003311

1 Relativdrucksensor FW ±100 hPa 1021532

1 Wegaufnehmer FW 1021534

2 Sensorkabel 1021514

1 Datenlogger

1 Software

Weitere Informationen zum digitalen Messen

sind auf der Webseite des Produkts im 3B

Webshop zu finden

 Relativdrucksensor mit dem Silikon-

schlauch an den Schlauchanschlussstutzen

anschließen.

 Auflageplatte mit der Rändelschraube auf

der Stativsäule befestigen.

 Stiel mit Magnetfuß in den Wegaufnehmer

schrauben und auf die Auflageplatte platzie-

ren.

 Schraube an der Rolle des Wegaufnehmers

lösen. Faden ein Mal um die Rolle legen,

aus der Aussparung herausführen und eine

Schlaufe um die Schraube legen. Mit der

Schraube den Faden fixieren (siehe Fig. 8).

 Das eine Ende des Fadens am Pleuelhaken

befestigen, ans andere Ende ein Masse-

stück hängen.

 Einen zweiten Faden mittels des Saugnapfs

auf der Grundplatte befestigen. Faden über

die Nut im Exzenter legen und das zweite

Massestück ans freie Ende hängen.

Dieses Massestück dient als Last und sorgt da-

für, dass das pV-Diagramm besser ausgefah-

ren wird.

 Netzgerät an die Heizplatte anschließen

und eine Spannung bis 12 V (ca. 1,5 A) ein-

stellen.

 Beide Sensoren an den Datenlogger an-

schließen.

 Software starten.

 Nach der Aufwärmzeit den Stirling-Motor

durch Anstoßen im Uhrzeigersinn starten.

 Messung starten. Daten auswerten.

Fig. 8: Schematische Darstellung der Führung des

Fadens um die Rolle am Wegaufnehmer

3B Scientific GmbH  Ludwig-Erhard-Straße 20  20459 Hamburg  Deutschland  www.3bscientific.com

Technische Änderungen vorbehalten

Fig. 9: Stirling-Motor D mit installierten Sensoren zur Aufnahme des pV-Diagramms

Fig. 10: Druck-Volumen-Diagramm des Stirling-Motors D

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Stirling Engine D 1000817

Instruction manual

11/23 THL/ALF/UD

1 Base plate

2 Hole for tea candle

3 Hot plate connector

4 Hose nozzle with sealing cap

5 Stand

6 Rotor with weights

7 Eccentric with groove

8 Torque disc

9 Tension spring

10 Connector rod with hook

11 Working piston (membrane)

12 Upper plate

13 Displacement piston

14 Lower plate with electric heater

1. Safety instructions

When working with naked flames, there is al-

ways a risk of fire and injury.

 Take extra care when handling naked

flames and molten wax.

 The Stirling engine may not be heated elec-

trically at the same time as it is being heated

by a candle. There is a risk of damage to the

equipment.

 When operating the Stirling engine using a

spotlight or sunlight, it is essential that care

be taken not to expose the red plastic com-

ponents to intense heat.

2. Description

The Stirling engine D is a fully functional model,

optimised for teaching purposes and intended

to demonstrate how thermal energy can be con-

verted to mechanical energy as well as for in-

vestigating the Stirling cycle.

The displacement piston moves discontinuously

with a delay during heating and cooling of the

working medium, air. This emulates the ideal

Stirling cycle better than would be the case with

a continuously moving piston and also makes

for improved efficiency. The motion of the dis-

placement piston is controlled by the torque

disc. When heat is supplied from below, either

by means of the electric heater or by a candle

flame, the displacement piston precedes the

working piston (membrane) by about 100°. The

optimum angle is technically dependent on the

speed of rotation.

Heat can be supplied either by the built-in elec-

tric hot plate, a candle or by focussed heat radi-

ation from the sun or by a lamp. The direction of

rotation depends on whether the heat is sup-

plied from above or below.

To record pV diagrams, the pressure in the

working cylinder can be measured by means of

a hose attached to the nozzle provided and the

volume can be determined by attaching a

thread to the hook on the connecting rod in or-

der to measure the stroke of the working piston.

3. Scope of delivery

1 D-series Stirling engine 1000817

1 Set of transport packaging (foam plastic

block, rubber band and retaining rod)

4. Accessories

Supplementary set for Stirling engine D

(1008516)

The supplementary set for the Stirling engine D

provides accessories necessary for construct-

ing sensors. The set consists of the following:

1 Base plate for assembly of displacement

sensor (1021534)

1 Knurled screw for attaching the base plate to

the stand

1 Stem with a magnetic base for the displace-

ment sensor

1 Silicone tube for attaching the relative pres-

sure sensor (1021532)

1 Set of threads with suction cup

2 Weights with hook, both 20 g

5. Technical data

Heater voltage: 8 – 15 V, 1.5 A

Gas volume: 330 cm³ – 345 cm³

Speed: 30 – 100 rpm

Dimensions

not including rotor: 260×185×330 mm3

Rotor: 400 mm

Weight: 2.2 kg

6. Operating principle

The principle of a how a Stirling engine works

can be divided, in simplified form, into the fol-

lowing four processes:

Heating:

During the heating phase, the displacement piston

(P1) moves upwards so that air is displaced down

into the heated part of the displacement cylinder.

Temperature and pressure both rise in a fashion

that is almost isochoric. The working piston is in its

lower rest position (bottom dead centre) at this point

(see Fig. 1). The displacement piston moves in ad-

vance of the working piston till it reaches its top

dead centre position. This is the point where the air

is at its lowest volume, but highest temperature and

pressure (see Fig. 2).

Expansion:

The heated air expands almost isothermally,

thus

forcing the working piston (P2) upwards. In the

process, mechanical work is transferred via the

shaft to the rotor. The volume of air increases as

the air absorbs heat and the pressure reduces

(see Fig. 3).

Cooling:

Cooling occurs while the working piston is at top

dead centre and the displacement piston (P1) is

on its downstroke, forcing air to move into the

upper part of the displacement cylinder. The air

then cools and the upper plate absorbs heat.

The displacement piston finally reaches bottom

dead centre (see Figs. 4 and 5).

Compression:

The cooler air is compressed isothermally by

the working piston moving downwards. The me-

chanical work needed for this is supplied by the

rotor acting as a flywheel (see Fig. 6).

Fig. 1: Heating

Fig. 2: Heating

Fig. 3: Expansion

Fig. 4: Cooling

Fig. 5: Cooling

Fig. 6: Compression

7. Getting the engine ready for use

Fig. 7: Stirling engine as secured for storage

 Remove the rubber band (3) from the secur-

ing hook (4) for the displacement piston and

take the hook out of the hose nozzle.

 Seal off the hose nozzle with the red cap (5).

 Remove the foam plastic block (2) between

the stand and the rotor weight.

 Undo the securing screw (1), align the rotor

horizontally so that it is balanced and tighten

the screw back up again.

The engine is then ready for use.

The Stirling engine must not be transported un-

less the displacement piston is secured.

 To secure it, take the sealing cap of the

hose nozzle, put the securing hook back in

and secure it in place with the rubber band.

 Secure the rotor as well.

8. Operation

8.1 Operation as a heat engine

8.1.1 Electric heating

The following power supplies are recommended

for heating the Stirling engine electrically:

1 DC power supply @230 V 1003312

1 DC power supply @115 V 1003311

 Connect the power supply to the pair of

sockets and set the heater voltage up to 12

V (1.5 A approx.).

 After heating for about one or two minutes,

start the engine by pushing the rotor clock-

wise as seen from the front of the engine.

 If the Stirling engine fails to keep moving of

its own accord, wait about a minute longer

and push the rotor round again.

The speed of the engine is nearly proportional

to the difference in temperature between the top

plate and the bottom plate and is thus largely

dependent on the heat supplied.

 Reduce the heater voltage in steps down to

about 8 V and observe how the speed re-

duces.

8.1.2 Heating via a candle flame

 Light a tea candle and place it on a heat-

resistant mat.

 Place the Stirling engine over the candle so

the hole in the middle is over the flame.

 Wait for several minutes until the lower plate

has heated up.

 Push the rotor clockwise as seen from the

front of the engine.

 If the Stirling engine fails to keep moving of

its own accord, wait about a minute longer

and push the rotor round again.

8.1.3 Heating via a lamp (spotlight)

 Shine a light on the top plate from about 1

or 2 cm using a lamp with a 60-W bulb and

a focussed beam (spotlight). In this case it

is the lower plate that will cool the air in the

displacement cylinder.

 Alternatively, the upper plate can be heated

via sunlight focused using a concave mirror.

 Wait for about 8 to 10 minutes until the up-

per plate has heated up.

 Push the rotor anti-clockwise as seen from

the front of the engine.

 If the Stirling engine fails to keep moving of

its own accord, wait about a minute longer

and push the rotor round again.

8.2 Recording a pV diagram

To record a pV diagram, the following pieces of

equipment are also required:

1 Supplementary set for Stirling engine D

1008516

1 DC power supply @230 V 1003312

1 DC power supply @115 V 1003311

1 Relative Pressure Sensor FW ±100 hPa

1021532

1 Displacement Sensor FW 1021534

2 Sensor Cables 1021514

1 Data logger

1 Software

More information about digital measurement

can be found on the product's webpage in the

3B Webshop.

 Connect the relative pressure sensor to the

hose nozzle using silicone tubing.

 Attach the base plate to the stand using the

knurled screw.

 Screw the stem with the magnetic base into

the displacement sensor and place it on the

base plate.

 Loosen the screw on the displacement sen-

sor’s pulley. Wind a thread once around the

pulley and lead it out of the recess placing a

loop around the screw. Use the screw to fix

the thread in place (see Fig. 8).

 Attach one end of the thread to the hook of

the connector rod and suspend a weight

from the other end.

 Use the suction pad to attach a second

thread to the base plate. Thread this over

the groove in the eccentric and use the

other weight as a load on the free end.

This load ensures that the pV diagram comes

out better.

 Connect the power supply to the heater

plate and set the voltage up to 12 V (1.5 A

approx.).

 Connect both sensors to the data logger.

 Start the software.

 After the Stirling engine has heated up, start

it running by pushing the rotor in a clockwise

direction.

 Start the measurement and evaluate the

data.

Fig. 8: Schematic illustration of how the thread is

wound around the pulley of the displacement sensor

Fig. 9: Stirling engine D with installed sensors for recording the pV diagram

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Straße 20 ▪ 20459 Hamburg ▪ Germany ▪ www.3bscientific.com

Subject to technical amendments

Fig. 10: Pressure-volume diagram for D-series Stirling engine

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Motor de Stirling D 1000817

Instrucciones de uso

11/23 THL/ALF/UD

1 Placa base

2 Entalladura para velita

3 Conexión de la placa calefactora

4 Racor de manguera con tapón

5 Columna soporte

6 Barra volante con masas

7 Excéntrica con ranura

8 Disco angular

9 Muelle tensor

10 Biela con gancho

11 Émbolo de trabajo (Membrana)

12 Placa superior

13 Émbolo de desplazamiento

14 Placa inferior con calefactor eléctrico

1. Advertencias de seguridad

¡Al trabajar con una llama abierta se corre el

riesgo de quemaduras o lesiones!

 ¡Es conveniente tener mucho cuidado al

trabajar con una llama abierta y cera líquida

en el mismo lugar!

 El motor de Stirling no se debe calentar al

mismo tiempo con la velita y eléctrica-

mente. Esto puede conducir a un daño del

aparato.

 Al trabajar con el motor de Stirling y un foco

luminoso (Spotlight) o con luz solar, es ne-

cesario tener en cuenta que las partes de

plástico rojas no queden expuestas a una

radiación calorífica intensa.

2. Descripción

El motor de Stirling D es un modelo funcional

optimizado para demostraciones didácticas de

la conversión de energía térmica en energía

mecánica así como para el estudio del proceso

cíclico de Stirling.

El émbolo de desplazamiento se mueve en

forma discontinua con un tiempo de permanen-

cia durante las fases de calentamiento y enfria-

miento del aire como medio de trabajo. En esta

forma se sigue mejor el proceso ideal de Stirling

contrario al caso de un movimiento continuo del

émbolo y se logra un rendimiento más alto. El

control del émbolo de desplazamiento se rea-

liza por medio de un disco angular. En caso de

una entrada de calor por debajo, el émbolo de

desplazamiento está en avance aprox. 100°

con respecto al émbolo de trabajo (membrana).

El ángulo óptimo depende da las revoluciones

debido a la técnica.

La entrada de calor se puede realizar ya sea por

medio de la placa calefactora integrada, o con

una velita o por medio de la radiación calorífica

solar o de una lámpara. La dirección de rotación

depende de si la entrada de calor se realiza por

arriba o por debajo.

Para el registro del diagrama pV, la medición de

la presión en el cilindro de trabajo se puede lle-

var a cabo a través de un racor de manguera y

la determinación del volumen fijando un hilo en

el gancho de la biela, para medir la carrera del

émbolo de trabajo.

3. Volumen de suministro

1 Motor de Stirling D 1000817

1 Juego de protección en el transporte (Bloque

de gomaespuma, anillo de goma y barra de

enclavamiento)

4. Accesorios

Juego complementario motor de Stirling D

(1008516)

El juego complementario del motor de Stirling

pone a disposición las partes accesorias nece-

sarias para el montaje de los sensores. El juego

se compone de:

1 Una placa de apoyo para el montaje del trans-

ductor de desplazamiento (1021534)

1 Tornillo moleteado para la fijación de la placa

de apoyo en la columna soporte

1 Un mango con pie magnético para el trans-

ductor de desplazamiento

1 Manguera de silicona para el empalme del

sensor de presión relativa ±100 hPa

(1021532)

1 Juego de hilos con ventosa

2 Pesas con gancho c/u de 20 g

5. Datos técnicos

Tensión de calefacción: 8 – 15 V, 1,5 A

Volumen del gas: 330 cm³ – 345 cm³

Revoluciones: 30 – 100 U/min

Dimensiones sin la

barra volante: 260×185×330 mm³

Barra volante: 400 mm

Masa: 2,2 kg

6. Principio funcional

El funcionamiento del motor de Stirling se

puede simplificar como dividido en los cuatro si-

guientes tactos:

Absorción de calor:

Para la entrada de calor el émbolo de despla-

zamiento (P1) se mueve hacia arriba y des-

plaza el aire hacia abajo en el espacio calen-

tado del cilindro de desplazamiento. La temper-

atura y la presión aumentan casi isocoramente.

El émbolo de trabajo se encuentra mientras

tanto en el punto muerto inferior (ver Fig. 1). El

émbolo de desplazamiento se mueve adelan-

tado con respecto al émbolo de trabajo y al-

canza el punto muerto superior. El aire tiene

ahora su mínimo volumen, la máxima tempera-

tura y la máxima presión (ver fig. 2).

Expansión:

El aire caliente se expande casi isotermamente

y acciona el émbolo de trabajo (P2) hacia

arriba. Así entrega trabajo mecánico a la barra

volante por medio de la manivela. El volumen

del aire aumenta, el aire absorbe calor y la

presión disminuye (ver fig. 3)

Entrega de calor:

En la entrega de calor el émbolo de trabajo se

encuentra en el punto muerto superior mientras

el émbolo de desplazamiento (P1) se mueve

hacia abajo y desplaza el aire en el espacio su-

perior del cilindro de desplazamiento. El aire se

enfría y la placa superior absorbe calor. El ém-

bolo de desplazamiento alcanza el punto

muerto inferior (ver Figs. 4 y 5).

Compresión:

El aire enfriado es comprimido isotérmicamente

por el émbolo de trabajo que se mueve hacia

abajo. El trabajo mecánico para ello lo entrega

la barra volante (ver fig. 6).

Fig. 1: Absorción de calor

Fig. 2: Absorción de calor

Fig. 3: Expansión

Fig. 4: Entrega de calor

Fig. 5: Entrega de calor

Fig. 6: Compresión

7. Primera puesta en marcha

Fig. 7: Motor de Stirling en estado protegido para el

transporte

 Se retira el anillo de goma (3) del gancho de

protección (4) para el émbolo de desplaza-

miento y se retira el gancho del racor de

manguera.

 El racor de manguera se obtura con la tapa

de cierre (5) roja.

 Se retira el bloque de gomaespuma (2) en-

tre la columna soporte y la masa volante.

 Se afloja el tornillo de enclavamiento (1), se

lleva la barra volante a un equilibrio horizontal

y se vuelve a apretar el tornillo de enclava-

miento.

En esta forma el motor está listo para su funcio-

namiento.

El transporte del motor de Stirling se debe rea-

lizar sólo con el émbolo de desplazamiento ase-

gurado.

 Para ello se retira la tapa de cierre del racor

de manguera, se vuelve a colocar el gancho

de protección y se asegura con el anillo de

goma.

 Se enclava la barra volante.

8. Manejo

8.1 Funcionamiento como máquina térmica

8.1.1 Calefacción eléctrica

Para el calentamiento eléctrico del motor de Stir-

ling se recomienda la siguiente fuente de alimen-

tación:

1 Fuente de alimentación CC @230 V 1003312

resp.

1 Fuente de alimentación CC @115 V 1003311

 Se conecta la fuente de alimentación en el

par de casquillos y se fija una tensión de ca-

lentamiento de hasta 12 V (aprox. 1,5 A).

 Después de un tiempo de calentamiento de

aprox. 1 a 2 minutos se empuja cuidadosa-

mente la barra volante en dirección de rota-

ción en el sentido de las manecillas del reloj

viendo de frente hacia el motor.

 En caso de que el motor de Stirling no siga

girando independientemente se vuelve a

empujar después de aprox. 1 minuto.

Las revoluciones del motor se comportan casi

proporcionalmente a la diferencia de tempera-

tura entre las placas superior e inferior y depen-

den ampliamente de la cantidad de calor sumi-

nistrada.

 Se reduce gradualmente la tensión de cale-

facción hasta 8 V y se observa la reducción

de las revoluciones.

8.1.2 Calefacción con la llama de una vela

 Se enciende la velita y se coloca sobre una

superficie resistente al calor.

 Se coloca el motor de Stirling encima de la

velita centrada en su entalladura.

 Se espera unos minutos hasta que la placa

inferior se haya calentado.

 Se empuja cuidadosamente la barra vo-

lante en dirección de rotación en el sentido

de las manecillas del reloj viendo de frente

hacia el motor.

 En caso de que el motor de Stirling no siga

girando independientemente se vuelve a

empujar después de aprox. 1 minuto.

8.1.3 Calefacción con una lámpara (Spot-

light)

 Se irradia la placa superior del motor de

Stirling por encima con una lámpara incan-

descente de 60 W a una distancia de 1 a 2

centímetros con un ángulo de irradiación

concentrado (Spotlight). En este caso la

placa inferior enfría el aire en el cilindro de

desplazamiento.

 Alternativamente se calienta la placa supe-

rior con luz solar enfocada por medio de un

espejo cóncavo.

 Se espera de 8 a 10 minutos hasta que la

placa superior se haya calentado.

 Se empuja cuidadosamente la barra vo-

lante en dirección de rotación en el sentido

contrario de las manecillas del reloj viendo

de frente hacia el motor.

 En caso de que el motor de Stirling no siga

girando independientemente se vuelve a

empujar después de aprox. 1 minuto.

8.2 Registro del diagrama pV

Para el registro del diagrama pV se requieren

además los siguientes aparatos:

1 Juego complementario motor de Stirling D

1008516

1 Fuente de alimentación CC @230 V 1003312

resp.

1 Fuente de alimentación CC @115 V 1003311

1 Sensor de presión relativa FW ±100 hPa

1021532

1 Transductor de desplazamiento FW 1021534

2 Cables de sensor 1021514

1 Data logger

1 Software

Encontrará más información sobre la medición

digital en el sitio web del producto, en la tienda

virtual de 3B.

 Utilizando la manguera de silicona se co-

necta el sensor de presión relativa en el ra-

cor de manguera.

 Se fija la placa de apoyo sobre la columna

soporte utilizando el tornillo moleteado.

 El mango con pie magnético se atornilla en

el transductor de desplazamiento y se co-

loca en la placa de apoyo.

 Se afloja el tornillo en la roldana del trans-

ductor de desplazamiento. Se le da una

vuelta al hilo alrededor de la roldana, se

saca de la ranura y se hace un lazo alrede-

dor del tornillo. Se fija el hilo con el tornillo

(ver fig. 8).

 El extremo del hilo se fija en el gancho de la

biela, en el otro extremo se cuelga una

pesa.

 Un segundo hilo se fija en la placa base uti-

lizando una ventosa. El hilo se coloca en la

excéntrica por la ranura y se cuelga la se-

gunda pesa en el extremo libre.

Esta pesa sirve de carga y hace posible que se

pueda seguir mejor el diagrama pV.

 Se conecta la fuente de alimentación con la

placa calefactora y se fija una tensión de

hasta 12 V (aprox. 1,5 A.

 Ambos sensores se conectan al data log-

ger.

 Se pone en marcha el software.

 Después de un tiempo de calentamiento se

empuja con cuidado el motor de Stirling en

sentido de las manecillas del reloj.

 Se pone en marcha la medición. Se evalúan

los datos.

Fig. 8: Representación esquemática del paso del hilo

alrededor de la roldana en el transductor de

desplazamiento

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Straße 20 ▪ 20459 Hamburgo ▪ Alemania ▪ www.3bscientific.com

Nos reservamos el derecho a modificaciones técnicas

Fig. 9: Motor de Stirling D con sensores instalados para el registro del diagrama pV

Fig. 10: Diagrama Presión – Volumen del motor de Stirling D

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Moteur Stirling D 1000817

Instructions d’utilisation

11/23 THL/ALF/UD

1 Plaque de travail

2 Evidement pour bougie chauffe-plat

3 Connexion pour plaque chauffante

4 Raccord de tuyau flexible avec capuchon

5 Colonne du statif

6 Tige oscillante avec masses

7 Excentrique avec rainure

8 Disque angulaire

9 Ressort de traction

10 Bielle avec crochet

11 Piston moteur (membrane)

12 Plaque supérieure

13 Piston déplaceur

14 Plaque inférieure avec chauffage électrique

1. Consignes de sécurité

Lors de travaux avec une flamme nue, un risque

d’incendie et de blessure existe !

 Pour la manipulation de flammes nues et de

cire liquide, faites preuve d’une attention

particulière.

 Le moteur Stirling ne doit pas être chauffé

électriquement et avec la bougie chauffe-

plat simultanément. Ceci peut entraîner des

dommages au niveau de l’appareil.

 Pendant le fonctionnement du moteur Stir-

ling avec un projecteur ou la lumière du so-

leil, il est impératif de veiller à ce que les

pièces rouges en plastique ne soient pas

exposées à un rayonnement thermique in-

tense.

2. Description

Le moteur Stirling D est un modèle de descrip-

tion optimisé pour les cours afin de démontrer

la conversion d’énergie thermique en énergie

mécanique ainsi que pour l’étude du cycle de

Stirling.

Le piston déplaceur se déplace par intermit-

tence avec une temporisation pendant le chauf-

fage et pendant le refroidissement du fluide mo-

teur – l’air. Ainsi, le cycle de Stirling idéal est

mieux développé qu’avec un déplacement con-

tinu du piston et un rendement plus élevé est

atteint. La régulation du piston déplaceur s’ef-

fectue par le biais du disque angulaire. En cas

d’apport de chaleur par le bas avec la plaque

chauffante ou une flamme de bougie, le piston

déplaceur est en avance d’environ 100° par rap-

port au piston moteur (membrane). L’angle op-

timal dépend de la vitesse en raison de la tech-

nique.

Pour l’apport de chaleur, une plaque chauffante

électrique intégrée, une bougie chauffe-plat ou

le rayonnement thermique focalisé du soleil ou

d’une lampe peuvent être utilisés au choix. Pour

cela, le sens de rotation dépend du fait que l’ap-

port de chaleur se fait par le haut ou par le bas.

Pour l’enregistrement de diagrammes pV, la

mesure de pression dans le cylindre moteur

peut être effectuée par le biais d’un raccord de

tuyau flexible et la détermination du volume en

fixant un fil sur le crochet de la bielle pour me-

surer la course du piston moteur.

3. Volume de livraison

1 Moteur Stirling D 1000817

1 Jeu de sécurités de transport (bloc en

mousse synthétique, bague de caoutchouc

et tige d’arrêt)

4. Accessoires

Kit d’extension Moteur Stirling D (1008516)

Le kit d’extension Moteur Stirling D prévoit les

pièces accessoires nécessaires pour le mon-

tage des capteurs. Le kit se compose de :

1 Plaque d’appui pour le montage du capteur de

déplacement (1021534)

1 Vis moletée pour la fixation de la plaque d’ap-

pui sur la colonne du statif

1 Tige avec support aimanté pour le capteur de

déplacement

1 Tuyau flexible en silicone pour la connexion

du capteur de pression relative (1021532)

1 Jeu de fils avec ventouse

2 Masses avec crochet de 20 g chacune

5. Caractéristiques techniques

Tension de chauffage : 8 – 15 V, 1,5 A

Volume de gaz : 330 cm³ – 345 cm³

Vitesse : 30 – 100 U/min

Dimensions

sans tige oscillante : 260×185×330 mm³

Tige oscillante : 400 mm

Poids : 2,2 kg

6. Principe de fonctionnement

Pour simplifier, le principe de fonctionnement du

moteur Stirling peut être divisé en quatre phases

suivantes :

Apport de chaleur :

Pour l’apport de chaleur, le piston déplaceur (P1)

se déplace vers le haut et refoule l’air vers le bas

dans la zone chauffée du piston déplaceur. La

température et la pression augmentent approxi-

mativement de façon isochore. Pendant ce

temps, le piston moteur se trouve au point mort

bas (cf. Fig. 1). Le piston déplaceur dépasse le

piston moteur et atteint le point mort haut. L’air

présente désormais le volume le plus faible, la

température la plus élevée et la pression la plus

haute (cf. Fig. 2).

Détente :

L’air chauffé se détend approximativement de

façon isotherme et pousse le piston moteur (P2)

vers le haut. Pour cela, le travail mécanique est

transmis à la tige oscillante par le biais du vile-

brequin. Le volume d’air augmente, l’air absorbe

la chaleur et la pression diminue (cf. Fig. 3).

Dégagement de chaleur :

Pour le dégagement de chaleur, le piston moteur

se trouve au point mort haut tandis que le piston

déplaceur (P1) se déplace vers le bas et l’air est re-

foulé dans la zone supérieure du piston déplaceur.

L’air est refroidi et la plaque supérieure absorbe la

chaleur. Le piston déplaceur atteint le point mort

bas (cf. Fig. 4 et 5).

Compression :

L’air refroidi est comprimé de façon isotherme

par le biais du déplacement vers le bas du pis-

ton moteur. Pour cela, le travail mécanique est

fourni par la tige oscillante (cf. Fig. 6).

Fig. 1 : Apport de chaleur

Fig. 2 : Apport de chaleur

Fig. 3 : Détente

Fig. 4 : Dégagement de chaleur

Fig. 5 : Dégagement de chaleur

Fig. 6 : Compression

7. Première mise en service

Fig. 7 : Moteur Stirling à l’état verrouillé

 Retirez la bague de caoutchouc (3) du cro-

chet de sécurité (4) pour le piston déplaceur

et enlevez le crochet du raccord de tuyau

flexible.

 Bouchez le raccord de tuyau flexible avec le

capuchon rouge (5).

 Retirez le bloc en mousse synthétique (2)

entre la colonne du statif et la masse oscil-

lante.

 Desserrez la vis d’arrêt (1), orientez la tige

oscillante à l’horizontale en équilibre sta-

tique et serrez de nouveau la vis d’arrêt.

Le moteur est ainsi opérationnel.

Le transport du moteur Stirling doit être effectué

uniquement avec le piston déplaceur bloqué.

 Pour cela, retirez le capuchon du raccord de

tuyau flexible, replacez le crochet de sécu-

rité et bloquez-le avec la bague de caout-

chouc.

 Bloquez la tige oscillante.

8. Manipulation

8.1 Fonctionnement en tant que moteur ther-

mique

8.1.1 Chauffage électrique

Pour le chauffage électrique du moteur Stirling,

l’alimentation suivante est recommandée :

1 Alimentation CC @230 V 1003312

1 Alimentation CC @115 V 1003311

 Raccordez l’alimentation à la paire de

douilles et réglez la tension de chauffage

jusqu’à 12 V (env. 1,5 A).

 Après un temps d’échauffement d’env. 1 à

2 minutes, poussez la tige oscillante contre le

moteur avec un sens de rotation dans le sens

des aiguilles d’une montre en regardant de

l’avant.

 Si le moteur Stirling ne continue pas de tour-

ner tout seul, répétez le déclenchement au

bout d’environ 1 min.

La vitesse du moteur se comporte approximative-

ment proportionnellement à l’écart de température

entre la plaque supérieure et la plaque inférieure

et dépend ainsi étroitement de la température ap-

pliquée.

 Réduisez progressivement la tension de

chauffage à 8 V et observez la diminution de

la vitesse.

8.1.2 Chauffage avec une flamme de bougie

 Allumez la bougie chauffe-plat et placez-la

sur un support thermorésistant.

 Placez le moteur Stirling avec son évide-

ment central sur la bougie chauffe-plat.

 Patientez quelques minutes jusqu’à ce que

la plaque inférieure soit chauffée.

 Poussez la tige oscillante contre le moteur

avec un sens de rotation dans le sens des

aiguilles d’une montre en regardant de

l’avant.

 Si le moteur Stirling ne continue pas de tour-

ner tout seul, répétez le déclenchement au

bout d’environ 1 min.

8.1.3 Chauffage avec une lampe (projecteur)

 Illuminez la plaque supérieure du moteur

Stirling par le haut à une distance de 1 à

2 cm d’une ampoule électrique de 60 W

avec un angle de rayonnement limité (pro-

jecteur). Dans ce cas, la plaque inférieure

refroidit l’air dans le piston déplaceur.

 Une alternative consiste à chauffer la

plaque supérieure avec la lumière du soleil

focalisée à travers un miroir concave.

 Patientez entre 8 et 10 minutes jusqu’à ce

que la plaque supérieure soit chauffée.

 Poussez la tige oscillante contre le moteur

avec un sens de rotation dans le sens in-

verse des aiguilles d’une montre en regar-

dant de l’avant.

 Si le moteur Stirling ne continue pas de tour-

ner tout seul, répétez le déclenchement au

bout d’un moment.

8.2 Enregistrement du diagramme pV

Pour l’enregistrement du diagramme pV, les ap-

pareils suivants sont également nécessaires :

1 Kit d’extension Moteur Stirling D 1008516

1 Alimentation CC @230 V 1003312

1 Alimentation CC @115 V 1003311

1 Capteur de pression relative ±100 hPa

1021532

1 Capteur de déplacement 1021534

2 Câbles spêcial capteur 1021514

1 Enregistreur de données

1 Logiciel

De plus amples informations sur la mesure nu-

mérique sont disponibles sur le site web du pro-

duit dans la boutique en ligne 3B.

 Raccordez le capteur de pression relative

au raccord de tuyau flexible à l’aide du

tuyau flexible en silicone.

 Fixez la plaque d’appui sur la colonne du

statif à l’aide de la vis moletée.

 Vissez la tige avec support aimanté dans le

capteur de déplacement et placez le tout sur

la plaque d’appui.

 Desserrez la vis sur la poulie du capteur de

déplacement. Faites passer le fil une fois

autour de la poulie, faites-le sortir de l’évi-

dement et faites passer une boucle autour

de la vis. Fixez le fil avec la vis (cf. Fig. 8).

 Fixez une extrémité du fil au niveau du cro-

chet de la bielle, attachez une masse mar-

quée à l’autre extrémité.

 Fixez un deuxième fil sur la plaque de travail

à l’aide de la ventouse. Faites passer le fil

au-dessus de la rainure dans l’excentrique

et accrochez la deuxième masse marquée

sur l’extrémité libre.

Cette masse marquée sert de charge et permet

une meilleure production du diagramme pV.

 Raccordez l’alimentation à la plaque chauf-

fante et réglez la tension jusqu’à 12 V (env.

1,5 A).

 Raccordez les deux capteurs sur l’ enregis-

treur de données.

 Lancez le logiciel.

 Après le temps de réchauffage, démarrez le

moteur Stirling en le déclenchant dans le

sens des aiguilles d’une montre.

 Démarrez la mesure. Interprétez les don-

nées.

Fig. 8 : Représentation schématique du guidage du

fil autour de la poulie au niveau du capteur de dépla-

cement

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Straße 20 ▪ 20459 Hamburg ▪ Allemagne ▪ www.3bscientific.com

Sous réserve de modifications techniques

Fig. 9 : Moteur Stirling D avec capteurs installés pour l’enregistrement du diagramme pV

Fig. 10 : Diagramme pression-volume du moteur Stirling D

3B SCIENTIFIC® PHYSICS

Motore Stirling D 1000817

Istruzioni per l'uso

11/23 THL/ALF/UD

1 Piastra di base

2 Incavo per lumino

3 Collegamento piastra di riscaldamento

4 Attacco per tubo flessibile con tappo

5 Montante dello stativo

6 Asta centrifuga con pesi

7 Eccentrico con scanalatura

8 Disco goniometrico

9 Molla di trazione

10 Biella con gancio

11 Cilindro di lavoro (membrana)

12 Piastra superiore

13 Pistone di compressione

14 Piastra inferiore con riscaldamento elettrico

1. Norme di sicurezza

Pericolo di bruciature e lesioni quando si ma-

neggiano fiamme libere!

 Durante l’uso di fiamme libere e cera liquida

agire prestando particolare attenzione.

 Non riscaldare il motore Stirling contempo-

raneamente in maniera elettrica e con il lu-

mino. Ciò potrebbe causare danni all’appa-

recchio.

 In caso di impiego del motore Stirling con

spotlight o luce solare, prestare attenzione

e assicurarsi che le parti in plastica di colore

rosso non siano sottoposte a radiazioni ter-

miche intense.

2. Descrizione

Il motore Stirling D è un modello funzionale otti-

mizzato per la didattica per dimostrare la tra-

sformazione dell’energia termica in meccanica

nonché per lo studio dei cicli di Stirling.

Il pistone di compressione si sposta in modo di-

scontinuo con un tempo di sosta durante il ri-

scaldamento e durante il raffreddamento del

fluido di esercizio aria. In tal modo, il ciclo di Stir-

ling ideale viene eseguito meglio di quanto av-

verrebbe con un movimento continuo del pi-

stone, ottenendo una maggiore efficacia. Il pi-

stone di compressione viene comandato per

mezzo del disco goniometrico. Alimentando il

calore dal basso mediante la piastra di riscalda-

mento oppure con la fiamma di una candela, il

pistone di compressione precede quello di la-

voro (membrana) di circa 100°. Per ragioni tec-

niche, l’angolo ottimale dipende dal numero di

giri.

Per l’alimentazione del calore si può utilizzare a

scelta una piastra di riscaldamento elettrica in-

tegrata, un lumino oppure la radiazione termica

focalizzata della luce solare o di una lampada.

La direzione di rotazione dipende in questo

caso dalla direzione, dall’alto o dal basso, di

provenienza dell’alimentazione termica.

Per registrare i diagrammi pV, è possibile misu-

rare la pressione nel cilindro di lavoro tramite

l’attacco del tubo flessibile e determinare il vo-

lume fissando un filo sul gancio della biella per

la misurazione della corsa del pistone di lavoro.

3. Contenuto della fornitura

1 Motore Stirling D 1000817

1 Kit di sicurezza per il trasporto (blocco in

schiuma espansa, anello elastico e barra

d’arresto)

4. Accessori

Kit aggiuntivo Motore Stirling D (1008516)

Il kit aggiuntivo Motore Stirling D contiene gli ac-

cessori necessari al montaggio dei sensori. Il kit

comprende:

1 Piastra di supporto per il montaggio del rileva-

tore di corsa (1021534)

1 Vite a testa zigrinata per il fissaggio della pia-

stra di supporto sul montante dello stativo

1 Asta con piede magnetico per il rilevatore di

corsa

1 Tubo di silicone per il raccordo del sensore di

pressione relativa ±100 hPa (1021532)

1 Set di fili con ventosa

2 Pesi con gancio da 20 g ciascuno

5. Dati tecnici

Tensione di

riscaldamento: 8 – 15 V / 1,5 A

Volume del gas: 330 cm³ – 345 cm³

Numero di giri: 30 – 100 giri/min

Dimensioni

senza asta centrifuga: 260×185×330 mm³

Asta centrifuga: 400 mm

Peso: 2,2 kg

6. Principio di funzionamento

Il funzionamento del motore Stirling può essere

suddiviso per semplificare nei quattro tempi in-

dicati di seguito:

Apporto di calore:

Per l’apporto di calore, il pistone di compres-

sione (P1) si muove in avanti e sposta l’aria

verso il basso nell’area riscaldata del cilindro di

compressione. Temperatura e pressione sal-

gono in maniera pressoché isocora. In questa

fase, il pistone di lavoro si trova al punto morto

inferiore (v. Fig. 1). Il pistone di compressione

precede quello di lavoro e raggiunge il punto

morto superiore. L’aria ha il volume più basso,

la temperatura maggiore e la massima pres-

sione (v. Fig. 2).

Espansione:

L’aria riscaldata si espande in maniera pressoché

isotermica e sposta il pistone di lavoro (P2) verso

l’alto.

Il lavoro meccanico viene quindi ceduto all’asta

centrifuga tramite l’albero a gomiti. Il volume

dell’aria aumenta, l’aria assorbe calore e la pres-

sione si riduce (v. Fig. 3).

Cessione del calore:

Nel caso della cessione di calore, il pistone di

lavoro si trova presso il punto morto superiore,

mentre il pistone di compressione (P1) arretra e

sposta l’aria nell’area superiore del cilindro di

compressione. L’aria si raffredda e la piastra su-

periore assorbe calore. Il pistone di compres-

sione raggiunge il punto morto inferiore (v. Figg.

4 e 5).

Compressione:

L’aria raffreddata viene compressa in modo iso-

termico dal pistone di lavoro che si sposta verso

il basso. Il lavoro meccanico necessario a questo

proposito viene svolto dall’asta centrifuga (v. Fig.

6).

Fig. 1: Apporto di calore

Fig. 2: Apporto di calore

Fig. 3: Espansione

Fig. 4: Cessione di calore

Fig. 5: Cessione di calore

Fig. 6: Compressione

7. Prima messa in funzione

Fig. 7: Motore Stirling in condizioni di sicurezza

 Rimuovere l’anello elastico (3) dal gancio di

sicurezza (4) per il pistone di compressione

ed estrarre il gancio dall’attacco del tubo

flessibile.

 Chiudere a tenuta l’attacco del tubo flessi-

bile utilizzando il tappo rosso (5).

 Rimuovere il blocco in schiuma espansa (2)

fra il montante dello stativo e il peso

dell’asta centrifuga.

 Allentare la vite di fermo (1), portare l’asta

centrifuga in posizione di equilibrio orizzon-

tale e serrare nuovamente la vite.

Il motore è ora pronto all’uso.

Il trasporto del motore Stirling è consentito so-

lamente se il pistone di compressione è stato

messo in sicurezza.

 A questo scopo, rimuovere il tappo del rac-

cordo del tubo flessibile, reinserire il gancio

di sicurezza e assicurare con l’anello ela-

stico.

 Bloccare l’asta centrifuga.

8. Funzionamento

8.1 Funzionamento come motore termico

8.1.1 Riscaldamento elettrico

Per il riscaldamento elettrico del motore Stirling

si consiglia il seguente alimentatore:

1 Alimentatore CC @230 V 1003312

oppure

1 Alimentatore CC @115 V 1003311

 Collegare l’alimentatore alla coppia di jack e

impostare una tensione di riscaldamento

fino a 12 V (circa 1,5 A).

 Dopo un tempo di riscaldamento di circa 1-

2 minuti, avviare l’asta centrifuga con senso

di rotazione orario guardando il motore dal

davanti.

 Se il motore Stirling non comincia a ruotare

autonomamente, ripetere l'operazione di

avvio dopo circa 1 min.

Il numero di giri del motore si comporta in ma-

niera pressoché proporzionale alla differenza di

temperatura fra piastra superiore e piastra infe-

riore e dipende sostanzialmente dal calore ap-

portato.

 Diminuire gradualmente la tensione di ri-

scaldamento fino a 8 V ed osservare il calo

del numero di giri.

8.1.2 Riscaldamento con la fiamma di una

candela

 Accendere il lumino e collocarlo su un piano

di appoggio resistente al calore.

 Sistemare il motore Stirling con l’incavo

centrale sopra il lumino.

 Attendere qualche minuto affinché la piastra

inferiore si scaldi.

 Avviare l’asta centrifuga con senso di rota-

zione orario guardando il motore dal da-

vanti.

 Se il motore Stirling non comincia a ruotare

autonomamente, ripetere l'operazione di

avvio dopo circa 1 min.

8.1.3 Riscaldamento con una lampada (spot-

light)

 Irradiare la piastra superiore del motore

Stirling dall’alto da una distanza di circa 1-2

cm con una lampadina da 60 W con angolo

di irradiazione limitato (spotlight). La piastra

inferiore raffredda in questo caso l’aria

all’interno del cilindro di compressione.

 In alternativa, riscaldare la piastra superiore

con luce solare focalizzata attraverso uno

specchio concavo.

 Attendere circa 8-10 minuti affinché la pia-

stra superiore si scaldi.

 Avviare l’asta centrifuga con senso di rota-

zione antiorario guardando il motore dal da-

vanti.

 Se il motore Stirling non comincia a ruotare

autonomamente, ripetere l'operazione di

avvio dopo qualche istante.

8.2 Registrazione del diagramma pV

Per la registrazione del diagramma pV sono

inoltre necessari i seguenti apparecchi:

1 Kit aggiuntivo Motore Stirling D 1008516

1 Alimentatore CC @230 V 1003312

oppure

1 Alimentatore CC @115 V 1003311

1 Sensore di pressione relativa FW ±100 hPa

1021532

1 Rilevatore di corsa FW 1021534

2 Cavi del sensore 1021514

1 Data logger

1 Software

Ulteriori informazioni sulla misurazione digitale

sono disponibili sul sito web del prodotto, nel

webshop 3B.

 Con il tubo in silicone, collegare il sensore

di pressione relativa al raccordo del tubo

flessibile.

 Fissare la piastra di supporto al montante

dello stativo utilizzando la vite a testa zigri-

nata.

 Avvitare l’asta con il piede magnetico nel rile-

vatore di corsa e posizionare sulla piastra di

supporto.

 Allentare la vite presso la puleggia del rile-

vatore di corsa. Girare il filo una volta in-

torno alla puleggia, farlo fuoriuscire dall’in-

cavo e annodare ad occhiello attorno alla

vite. Fissare il filo con la vite (v. Fig. 8).

 Fissare un’estremità del filo al gancio della

biella e agganciare all’altra un peso.

 Fissare un secondo filo alla piastra di base

per mezzo della ventosa. Sistemare il filo

sopra la scanalatura dell’eccentrico e utiliz-

zare il secondo peso appendendolo all’es-

tremità libera.

Il peso funge da carico e serve per eseguire al

meglio il diagramma pV.

 Collegare l’alimentatore alla piastra di ri-

scaldamento e impostare una tensione di

12 V (circa 1,5 A).

 Collegare entrambi i sensori al data logger.

 Avviare il software.

 Dopo il tempo di riscaldamento, avviare il

motore Stirling in senso orario.

 Avviare la procedura di misurazione. Analiz-

zare i dati.

Fig. 8: Rappresentazione schematica dell’infilatura

del filo intorno alla puleggia del rilevatore di corsa

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Straße 20 ▪ 20459 Amburgo • Germania ▪ www.3bscientific.com

Con riserva di modifiche tecniche

Fig. 9: Motore Stirling D con sensori installati per la registrazione del diagramma pV

Fig. 10: Diagramma pressione-volume del motore Stirling D

3B SCIENTIFIC® FÍSICA

Motor de Stirling D 1000817

Instruções de operação

11/23 THL/ALF/UD

1 Placa base

2 Abertura para vela de Réchaud

3 Conexão para placa de aquecimento

4 Bocal de conexão para mangueira com tampa

de fecho

5 Coluna de suporte

6 Barra de impulso com massas

7 Excêntrico com entalho

8 Disco angular

9 Mola de tensão

10 Biela com gancho

11 Pistão de trabalho (Membrana)

12 Placa superior

13 Êmbolo de propulsão

14 Placa inferior com aquecedor elétrico

1. Indicações de segurança

Ao trabalhar com chama aberta existe perigo de

incêndio e de ferimentos!

 No trato com chama aberta e cera líquida

usar cuidado especial.

 O motor de Stirling não pode ser aquecido

eletricamente e com a vela de Réchaud ao

mesmo tempo. Isto pode levar a

danificação do aparelho.

 Na operação do motor de Stirling com Luz

de foco ou luz do sol, é imprescindível

prestar atenção, que as peças de material

plástico vermelho não sejam expostas à

irradiação intensa de calor.

2. Descrição

O motor de Stirling D é um modelo funcional

otimizado para a demonstração da

transformação de energia térmica em energia

mecânica, assim como para a análise do

processo circular de Stirling.

O êmbolo de propulsão move-se de forma

descontinuada com um tempo de pausa

durante o aquecimento e durante o

resfriamento do meio de trabalho, o ar. Com isto

o processo circular de Stirling ideal é ascendido

melhor do que fosse o caso do movimento

contínuo do pistão e se obtêm um degrau maior

de rendimento. O comando do êmbolo de

propulsão ocorre por sobre o disco angular. No

caso de abastecimento de calor por em baixo

através da placa de aquecimento ou da chama

da vela o êmbolo de propulsão anda aprox.

100° mais de pressa na frente do pistão de

trabalho (diafragma). O ângulo ótimo é

dependente de rotações por limite técnico.

Para o fornecimento de calor pode-se escolher

entre utilizar uma placa de aquecimento elétrica

integrada, uma vela de Réchaud ou o feixe de

irradiação do sol, respectivamente, uma

lâmpada. Nisto, a direção de giro depende se a

o fornecimento de calor vem de cima ou de

baixo.

Para a gravação de diagramas pV a medição

de pressão no pistão de trabalho pode ser

efetivada por médio de um bocal de conexão

para mangueira e a determinação do volume

através de amarrar um fio no gancho da biela

para a medição do curso do pistão de trabalho.

3. Fornecimento

1 Motor de Stirling D 1000817

1 Conjunto de proteção de transporte (Bloco

de espuma, anel de borracha e vara de

prender)

4. Acessórios

Conjunto complementar motor de Stirling D

(1008516)

O conjunto complementar motor de Stirling D

põe à disposição as partes de acessórios, que

são necessários para a montagem dos

sensores. O conjunto consiste em:

1 Placa de colocação para a montagem do sensor

de distância (1021534)

1 Parafuso serrilhado para fixar da placa de colo-

cação na coluna de suporte

1 Haste com pé magnético para o sensor de dis-

tância

1 Mangueira de silicone para conexão do sen-

sor de pressão relativa (1021532)

1 Jogo de fio com ventosa

2 Peças de peso com gancho 20 g cada

5. Dados técnicos

Tensão térmica: 8 – 15 V, 1,5 A

Volume de gás: 330 cm³ – 345 cm³

Número de giro: 30 – 100 U/min

Dimensões sem a barra

de impulso: 260×185×330 mm³

Barra de impulso: 400 mm

Massa: 2,2 kg

6. Princípio de funcionamento

A maneira em que funciona o motor de Stirling

pode ser subdividida, simplificando, nos

seguintes quatro tempos:

Fornecimento de calor:

Para o fornecimento de calor o êmbolo de

propulsão (P1) se move para cima e desaloja o

ar para baixo a área aquecida do cilindro de

propulsão. A temperatura e pressão se elevam

próximo a isócoro. Enquanto isto, o pistão de

trabalho encontra-se no ponto morto inferior

(ver ilustr. 1). O êmbolo de propulsão corre na

frente do pistão de trabalho e alcança o ponto

morto superior. O ar agora tem o menor volume,

a maior temperatura e a pressão maior (ver

ilustr. 2).

Expansão:

O ar aquecido expande-se para próximo a

isotérmico e empurra o pistão de trabalho (P2)

para cima. Nisto, é transferido trabalho

mecânico por sobre o virabrequim para a barra

de impulso. O volume de ar aumenta, o ar

absorve calor e a pressão diminui (ver ilustr. 3).

Entrega de calor:

Na entrega de calor o pistão de trabalho

encontra-se no ponto morto superior enquanto

o êmbolo de propulsão (P1) se move para baixo

e desaloja o ar para a área superior do cilindro

de propulsão. O ar é resfriado e a placa superior

absorve calor. O êmbolo de propulsão chega ao

ponto morto inferior (ver ilustr. 4 e 5).

Compressão:

O ar resfriado é comprimido de forma

isotérmica através do pistão de trabalho

movendo-se para baixo. O trabalho mecânico

para isto é fornecido por meio da barra de

impulso (ver fig. 6).

Fig. 1: Fornecimento de calor

Fig. 2 Fornecimento de calor

Fig. 3: Expansão

Fig. 4: Entrega de calor

Fig. 5 Entrega de calor

Fig. 6: Compressão

7. Primeira operação

Fig. 7: Motor Stirling em condições protegidas

 Retirar o anel de borracha (3) do gancho de

segurança (4) do êmbolo de propulsão e

extrair o gancho do bico de conexão para a

mangueira.

 Vedar o bico de conexão para a mangueira

com a tampa de fecho vermelha (5).

 Retirar o bloco de espuma (2) entre a

coluna de suporte e massa de impulso.

 Soltar o parafuso de trava (1), alinhar a

barra de impulso no equilibro

horizontalmente e aparafusar de novo o

parafuso de trava.

Com isto o motor está em condições de operar.

O transporte do motor somente pode acontecer

com o êmbolo de propulsão seguro.

 Para isto, retirar a tampa de fecho do bico

de conexão para mangueira, inserir de novo

o gancho de segurança e segura-o com o

anel de borracha.

 Travar a barra de impulso.

8. Operação

8.1 Operação como motor térmico

8.1.1 Aquecimento elétrico

Para fornecer aquecimento ao motor de Stirling

a seguinte fonte de alimentação é

recomendável:

1 Fonte de alimentação DC @230 V 1003312

1 Fonte de alimentação DC @115 V 1003311

 Conectar a fonte de alimentação no par de

tomadas e colocar uma tensão térmica de

até 12 V (aprox. 1,5 A).

 Após de um tempo de aprox. 1 até 2

minutos de pré-aquecimento empurrar a

barra de impulso no sentido de giro horário,

visto de frente para o motor.

 Em caso que o motor de Stirling não

continua girando por conta própria, repetir o

empurrão após de aprox. 1 min.

O número de giros do motor reage próximo a

proporcional da temperatura entre placa

superior e placa inferior e é por isso

consideravelmente dependente do calor

fornecido.

 Reduzir a tensão térmica passo a passo até

8 V e observar a redução do número de

giros.

8.1.2 Aquecimento com uma chama de vela

 Ascender a vela de Réchaud e coloca-a

sobre uma superfície resistente ao calor.

 Colocar o motor de Stirling com a sua

abertura centralizada por sobre a vela de

Réchaud.

 Aguardar alguns minutos até que a placa

inferior tenha-se aquecido.

 Empurrar a barra de impulso em sentido

horário visto desde a frente sobre o motor.

 Em caso de que o motor de Stirling não

continuar girar por si mesmo, repetir o

empurrão após aprox. 1 min.

8.1.3 Aquecimento com uma lâmpada (Luz

de foco)

 Iluminar a placa superior do motor de

Stirling desde em cima a uma distância de

1 até 2 cm com uma lâmpada

incandescente de 60 W com um ângulo de

irradiação limitado (spot light). Neste Caso

a placa inferior resfria o ar no cilindro de

propulsão.

 Alternativamente aquecer a placa superior

de luz solar com um feixe concentrado

através de um espelho côncavo.

 Esperar aproximadamente de 8 a 10

minutos até que a placa superior tenha-se

aquecido.

 Empurrar a barra de impulso contra o

sentido horário visto desde a frente sobre o

motor.

 Em caso de que o motor de Stirling não

continuar girar por si mesmo, repetir o

empurrão após algum tempo.

8.2 Gravação do diagrama pV

Para a gravação do diagrama pV são

necessários adicionalmente os seguintes

aparelhos:

1 Conjunto complementar motor de Stirling D

1008516

1 Fonte de alimentação DC @230 V 1003312

1 Fonte de alimentação DC @115 V 1003311

1 Sensor de pressão relativa FW ±100 hPa

1021532

1 Sensor de distância FW 1021534

2 Cabos de sensor 1021514

1 Data logger

1 Software

Mais informações sobre a medição digital

podem ser encontradas no site do produto na

loja virtual da 3B.

 Conectar o sensor de pressão relativa com

a mangueira de silicone ao bico de conexão

para mangueira.

 Fixar a placa de suporte com o parafuso

serralhado.

 Aparafusar a haste com pé magnético para

dentro do sensor de distância e coloca-o

sobre a placa de suporte.

 Soltar os parafusos do sensor de distância.

Colocar o fio uma vez em volta do rolo leva-

o para fora da abertura e amarrar um laço

em volta do parafuso. Fixar o fio com o

parafuso (ver ilustr. 8).

 Fixar um dos terminais do fio no gancho da

biela, pendurar no outro terminal uma peça de

peso.

 Fixar um segundo fio por meio da ventosa

sobre a placa de suporte. Colocar o fio

sobre o entalho do excêntrico e pendurar a

segunda peça de peso no terminal livre.

Esta peça de peso serve como carga e

providencia que o diagrama PV tenha um

melhor andamento.

 Conectar a fonte de alimentação na placa

de aquecimento e ajustar uma tensão até

12 V (aprox. 1,5 A).

 Conectar ambos os sensores ao data

logger.

 Iniciar o software.

 Após do tempo de pré-aquecimento dar

partida ao motor de Stirling com um

empurrão em sentido horário.

 Iniciar a medição. Avaliar os dados.

Fig. 8: Representação esquemática da condução do

fio em volta do rolo no sensor de distância

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Straße 20 ▪ 20459 Hamburgo ▪ Alemanha ▪ www.3bscientific.com

Sob reserva de alterações técnicas

Fig. 9: Motor de Stirling D com sensores instalados para a recepção do diagrama pV

Fig. 10: Diagrama de pressão-volume do motor de Stirling D

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Marca: 3B SCIENTIFIC

Modelo: 1000817 [U8440450]

Tipo: El manual del propietario

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