Anda tidak memerlukan bengkel mesin. Anda membutuhkan tiga kaleng soda kosong dan sedikit kesabaran. Itu saja.
Proyek ini menciptakan kembali salah satu alternatif pembakaran internal pertama yang layak secara komersial: mesin Stirling. Ini bukan sekadar trik sains. Ini adalah patung kinetik yang pecah-pecah di meja Anda. Ini memutar roda gila. Bahkan mungkin menghasilkan listrik beberapa watt jika Anda beruntung.
Namun sebagian besar, hal itu membuktikan suatu hal. Robert Stirling merancang ini pada tahun 1816. Dia ingin mengganti uap dengan udara. Uap berbahaya. Itu meledak. Boiler meledak secara teratur. Mesin udara panas Stirling lebih aman. Ia menggunakan “economizer”, yang sekarang disebut regenerator, untuk memerangkap panas dan meningkatkan efisiensi bahan bakar. Saudaranya James membantu menyempurnakan desainnya. Pada pertengahan abad ke-19, mesin-mesin ini menjalankan pabrik pengecoran logam.
Namun tenaga mereka tidak cukup kuat untuk menggantikan tenaga uap untuk industri berat. Revolusi industri menuntut torsi mentah. Uap terkirim. Mesin Stirling menghadirkan keanggunan. Hari ini, ini memberikan nostalgia.
Mengapa Membuat Mesin Stirling Kaleng Coke?
Membuat mesin Stirling kaleng Coke mengajarkan Anda termodinamika dengan cara yang tidak bisa dilakukan buku teks. Anda melihat fluida kerja mengembang. Anda melihatnya berkontraksi. Anda merasakan pekerjaan mekanis telah selesai.
Prinsipnya sederhana. Sumber panas, biasanya lilin teh, memanaskan udara di dalam kaleng. Udara mengembang. Ini mendorong piston. Udara bergerak ke bagian yang lebih dingin. Itu berkontraksi. Piston bergerak mundur. Pasang poros engkol. Tambahkan roda gila. Anda memiliki mesin.
Sebagian besar dari apa yang Anda bangun akan menjadi “sampah” bagi kebanyakan orang. Tutup botol plastik. CD lama. Karet balon. Namun bersama-sama, mereka menciptakan gerakan. Ini adalah rekayasa buatan rumahan. Itu kreatif. Dan itu berhasil.
Daftar Suku Cadang untuk Mesin Stirling DIY
Anda membutuhkan bahan khusus. Jangan terlalu banyak berimprovisasi. Presisi penting di sini.
- Tiga (3) kaleng soda aluminium
- Satu (1) balon lateks
- Dua (2) puting berbicara
- Empat (4) blok terminal listrik 5A
- Wol baja
- Satu (1) tutup botol plastik
- Kawat baja
- Kawat tembaga
- Batang paku
- Kawat listrik
- Pancing
- Tiga (3) compact disc (CD)
- Pembuka kaleng
- Pisau serbaguna
- Lem super
Mekanisme Mesin Udara Panas
Bagaimana sebenarnya pergerakannya?
Udara di dalamnya menjadi fluida kerja. Saat lilin memanaskan bagian bawah kaleng, molekul udara bertambah cepat. Mereka mendorong ke luar. Tekanan ini menggerakkan piston. Piston terhubung ke poros engkol. Poros engkol memutar roda gila. Roda gila membawa momentum melalui “titik mati” dalam rotasi.
Udara kemudian bergerak ke ruang atas. Ruang atas lebih dingin. Udara kehilangan panas. Itu berkontraksi. Kevakuman menarik piston kembali ke bawah. Siklus itu berulang.
Ini adalah putaran termodinamika. Tidak ada pembakaran di dalam silinder. Tidak ada percikan api. Hanya perpindahan panas.
“Keinginan Stirling untuk menciptakan alternatif yang lebih aman daripada uap dikalahkan oleh kebutuhan akan tenaga yang lebih besar.”
Memulai: Langkah Persiapan
Sebelum Anda memotong aluminium, Anda perlu mempersiapkannya.
Stirling bukanlah orang pertama yang mencoba mesin udara. Tapi dialah orang pertama yang mewujudkannya. Desainnya pada tahun 1818 menggerakkan pompa air di sebuah tambang Skotlandia. Itulah patokannya. Anda mengincar keandalan seperti itu.
Langkah pertama Anda adalah mengumpulkan materi. Urutkan. Periksa kerusakan. Pastikan kaleng soda Anda kosong dan bersih. Hapus semua label. Residu lem merusak segel.
Selanjutnya siapkan balonnya. Anda harus memotong bentuk tertentu nanti. Siapkan pisau serbaguna Anda. Pisau yang tajam menghasilkan potongan yang rapi. Pisau tumpul merobek karet.
Kemudian, lihat CD-nya. Mereka akan membentuk dasar atau rumah roda gila. Mereka harus bersih dan bebas dari goresan.
Terakhir, periksa kabel Anda. Tembaga untuk konduktivitas. Baja untuk kekuatan. Senar pancing untuk tautan dengan gesekan rendah. Setiap materi mempunyai tugasnya. Jangan mencampuradukkannya.
Pembuatannya dimulai dengan silinder. Kaleng soda menyediakan penahannya. Tapi kaleng saja tidak bisa menghasilkan mesin. Anda membutuhkan piston. Anda membutuhkan segel. Anda memerlukan cara untuk mentransfer gerak linier ke gaya rotasi.
Di situlah peran puting jari-jari. Mereka bertindak sebagai bantalan. Rotasi yang mulus adalah kuncinya. Gesekan mematikan mesin ini. Jika piston macet, siklus berhenti. Anda harus memastikan setiap bagian yang bergerak berputar bebas.
Mulailah dengan menandai kaleng Anda. Ukur dua kali. Potong sekali. Aluminium mudah sobek. Lambat.
Anatomi Mesin Kaleng
Filosofi Larsen cukup sederhana sehingga mengganggu jika Anda tidak mengikutinya. Berpikirlah seperti pembuat jam. Presisi bukan hanya sekedar saran di sini; itulah perbedaan antara kaleng pemintal dan pemberat kertas.
Kebanyakan pembuat menganggap mesin Stirling itu rumit. Tidak. Komponen inti adalah dasar. Anda bisa membuatnya dari drum minyak. Anda bisa membuatnya dari kaleng cat. Larsen sendiri mengambil satu dari berbagai panci dan wajan saat terjebak di rumah mertuanya untuk merayakan Thanksgiving. Itu berhasil.
Namun untuk mesin kaleng soda, aluminium adalah rajanya. Itu murah. Itu sudah terbentuk sebelumnya. Sangat mudah untuk memotongnya. Tentu saja, itu tidak akan bertahan di trek balap. Itu tidak dapat menangani beban yang serius. Tapi ia menangani tenaga mikro dari siklus termodinamika DIY dengan baik.
Menyegel Kesepakatan
Ruang tekanan adalah tempat keajaiban terjadi. Atau kesengsaraannya. Ini menampung fluida kerja—biasanya udara—dalam sistem tertutup. Udara memanas. Itu menjadi dingin. Itu berkembang. Itu berkontraksi.
Kebocoran adalah musuh. Semua orang menginginkan segel yang sempurna. Larsen tidak setuju. Anda sebenarnya membutuhkan kebocoran kecil yang terkendali. Tanpanya, ruangan menjadi barometer. Itu hanya bereaksi terhadap perubahan tekanan atmosfer sekitar. Itu tidak ada gunanya. Kebocoran kecil akan memisahkan tekanan internal dari tekanan luar, sehingga siklus dapat berfungsi.
Beberapa peminat menukar udara dengan helium. Ia bereaksi lebih baik selama siklus termodinamika. Lebih banyak efisiensi. Lebih banyak kekuatan. Tapi udara itu gratis. Helium tidak. Mulailah dengan udara.
Detak Jantung
Mekanisme penggerak menerjemahkan ekspansi dan kontraksi menjadi gerakan. Biasanya dipasang di samping, tetapi dapat diintegrasikan ke dalam struktur mesin. Ini menggerakkan poros engkol.
Larsen menyebut crankshaft sebagai bagian paling penting dari keseluruhan bangunan. Itu menentukan segalanya. Waktu. Perjalanan perpindahan. Kecepatan roda gila. Keseimbangan. Jika Anda mengacaukannya, Anda mengacaukan keseluruhan mesin. Habiskan waktu untuk itu. Lakukan dengan benar. Ini bukan bagian yang perlu terburu-buru.
Momentum dan Gesekan
Roda gila bukan sekadar penyangga. Ini adalah perangkat penyimpanan energi. Saat power stroke menyala, flywheel menyerap energi tersebut. Saat mesin perlu mendorong pemindah kembali ke bawah melawan gesekan dan hambatan, roda gila mengembalikan energi tersebut.
Roda gila yang seimbang tidak bisa dinegosiasikan. Kalau tidak seimbang, mesin harus bekerja lebih keras. Anda tidak ingin kerja ekstra. Anda menginginkan efisiensi. Roda yang tidak seimbang berarti pemindah menyentuh bagian atas ruangan dan tetap di sana. Berhenti mati.
Tarian Termodinamika
Displacer menggerakkan udara. Itu tidak menciptakan kekuatan. Itu hanya menggeser udara dari zona panas ke zona dingin.
Inilah siklusnya. Sumber panas di bagian bawah. Sumber pendingin di atas—es atau air dingin biasanya berfungsi. Udara memanas. Itu berkembang. Pemindahnya bergerak ke atas. Di bagian atas, udara menyentuh permukaan yang dingin. Itu mendingin. Itu berkontraksi. Pemindahnya bergerak ke bawah.
Mengulang.
Hal ini tidak terjadi secara otomatis. Anda memerlukan mekanisme penggerak, poros engkol, dan roda gila untuk mengoordinasikan pergerakan.
Pemindahnya biasanya berupa sepotong sabut baja yang digulung dengan kawat tipis di tengahnya. Sekali lagi, logika pembuat jam tangan berlaku. Itu harus meluncur dengan bebas. Itu perlu mengisi sebagian besar ruangan. Itu harus memungkinkan udara mengalir tetapi membatasinya secukupnya. Minimalkan gesekan. Maksimalkan efektivitas. Ini adalah tema yang konstan. Setiap bagian berjuang untuk efisiensi.
Kotak Panas
kotak pemanas adalah dudukan. Sesederhana itu. Ini menahan mesin di atas sumber panas.
Rasanya seperti banyak usaha untuk hasil yang sangat sedikit. Ada kepuasan nyata ketika Anda menyelesaikan pembangunannya. Anda memecahkan masalah kebocoran. Anda menyeimbangkan roda. Anda menyalakan korek api. Anda melihatnya mengembang dengan sendirinya.
Ketertarikan Larsen dimulai lima tahun lalu. Ini bisa dimulai untuk Anda hari ini.
Lihat Aksinya
Jika Anda masih ragu, lihat videonya. Kaleng soda hanya berputar dengan nyala lilin. Ini bukan sihir. Itu termodinamika.
Selengkapnya Tentang Mesin Panas
- Cara Kerja Mesin Stirling
- Cara Kerja Mesin Mobil
- Cara Kerja Mesin Diesel
- Cara Kerja Mesin Dua Tak
- Cara Kerja Mesin Hot Bulb
Sumber
- Coklat, Buster. “Cara Kerja Mesin Udara Panas.” Mesin Udara Panas. (29 Februari 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
- Editor Majalah Make; “Pembuatan Terbaik.” O’Reilly Media, Inc. 2007. Hal. 306-317.
- Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29 Februari 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
- Larsen, Jim. Wawancara pribadi. 2 Maret 2012
- Larsen, Jim. “Sebelas Produk Mesin Stirling yang Dapat Anda Buat.” Diterbitkan sendiri, Januari 2012. (29 Februari 2012)
- Larsen, Jim. “Mesin Stirling Cepat Dan Mudah.” Diterbitkan sendiri. September 2011. (29 Februari 2012)
- Bagus, Karim. “Cara Kerja Mesin Stirling.” BagaimanaStuffWorks.com. 4 Mei 2001. (29 Februari 2012) https://www.howstuffworks.com/stirling-engine.htm
- Purvis, Ben. “Dean Kamen mengembangkan eco hybrid yang dapat dijalankan pada apa pun yang terbakar.” Gizmag.com, 28 Juni 2009. (1 Maret 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/
