Moteur Stirling/en

Aurelpere

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Moteur_Stirling/en

Dernière modification le 01/08/2024

Difficulté

Hard Difficile

Durée

1 day(s) jour(s)

Coût

50 EUR (€)

Description

Things about stirling engines

Sommaire

stirling, solaire, energie, moteur

---

Introduction

We now liv in a post-covid world, and wether you're part of

thos who think billionaires tak very seriously climat chang and want

to adress the question with population "regulation" and with survivalists bunkers,

or wether you'r part of those who think billionaires don't car and want

just keep on getting richer and richer until the last drop of petrol,

it becomes urgent to find alternatives to facism and to the models we are offered,

and it includes technical alternatives.

Stirling engine was invented in the XIX century, before combustion engine

and there are a few "mainstream" industrial uses, in particular in the 60s-70s

(Ford Torino,American ship Caloric).

Also called "hot air engin", its principl is to mov hot air alternatively from 1

cold zon to 1 hot zon and gather the mecanic forc produced by air dilatation (special dedicace Bruno Lemair)

and by air contraction.

Performant Stirling engines have necessited a lot of research and development and have achieved yields

more performant than combustion engines (around 40%).

They ar reliabl, silent, and hav high yields.

They ar however better adapted to regular regimes.

chronicl of a sleepless night before going handout leaflet against facsism in order to take advantage of the 24h after reception and

befor sabotag of the "toy" I hav received.

Étape 1 - web literature review

W hereby list a few videos of diy stirling engine

mor or less diy and in french languag

W can find engin mad with a coca cola can (DDM Brico Voyageur https://www.youtube.com/watch?v=nBxKOkYx2rI), wooden engine made with glass syringes for the pistons (Incroyables Experiences https://www.youtube.com/watch?v=s79odgWz6BM) , a 125 cm3 manufactured engine with an estimated power of 0,8kW to 8kW (0,6 horsepower to 6 horsepower) considered the measurement of 800 rpm and a tray mass estimated between 100g and 1kg (French Stirling Fablab https://www.youtube.com/watch?v=Z24dZ3St_JE from series https://www.youtube.com/playlist?list=PLE1TyIvCXNyjlvWRi10LUsEMXKyRS6Ltx on channel https://www.youtube.com/@FrenchStirlingFablab) You can find notably resources to try to build votr propr moteur stirling qdans l texte ci-dessous. En bonus, pour les enseignants, 1 exempl d jouet d typ tracteur et gru fabriqué en meccano ici : <nowiki>http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/stirling.html

Étape 2 - la puissance des jouets

On va maintenant essayer d mesurer la puissanc d moteurs stirling dits "jouets scientifiqu"

qu'on peut trouver sur aliexpress ou chez des revendeurs comm science labs.

Vous trouverez en pièce joint deux vidéos qui montrent 1 moteur stirling "jouet scientifiqu" qui tourn

avec pour sourc d chaleur 1 flamm provenant d'1 bougi et d combustion d'alcool.

Le moteur est fourni avec 1 petit contenant et 1 mech à imbiber d'alcool qui produit 1 puissanc

adapt au moteur(video 1).

On voit dans la vidéo avec la bougie (video 2) qla flamm dla bougi ne produit pas 1 puissanc adapt

et le moteur tourn quelques secondes puis s'arret et ndevient très capricieux pour redémarrer (1 peu aléatoir apres

divers essais mem apres refroidissement).

On mesur donc la puissanc des deux flamme (voir video 3 et 4):

temps pour porter à ébullition 10mL d'eau de 20°C à 100°C

Energi=10*80 calories=800*4,184J=3347,2J

temps pour flamm lamp à alcool: 40s à 1 minut(selon fremissement ou bouillonement entier)

temps pour bougi : 90 à 120s

lamp a alcool:

Puissance_max=3347/40=84W

Puissance_min=3347/60=56W

bougi

Puissance_max=3347/90=37W

Puissance_min=3347/120=28W

Pour essayer d mesurer lrendement, on fix 1 poids au moteur (ici 1 boulon pét d 5g voir video 5),

et on mesur l coupl d'entrainement

ainsi qla vitess angulaire.

L boulon pès 5g et est fix à 1 distanc d=3cm d l'ax d rotation.

Mesure de la vitesse de rotation avec un tachymetre à 25€ ce mardi 25 juin 2024: le tachymetre fonctionne par frottements (entrainement d'un bout d caoutchouc qui fait tourner un axe dont on mesure la vitess d rotation): l'entrainement s fait sur une demi second à une second at afffiche des valeurs comprises entre 100 et 500 tours minutes puis fait stopper le moteur.

Mesur de rotation avec 1 tachymetr laser moteur 1(video 5): 1400 tours minutes avec l boulon d 5g attaché à 3cm de l'ax

Mesur de rotation avec 1 tachymetr laser moteur 2(video 6): 1000 à 5000 tours/ minutes avec l boulon d 5g attach à 1,6cm de l'ax

L rendement est faibl, mais il faut s rappeler qu c'est un jouet et pas un moteur fait pour etr performant. On pourrait cependant prolonger l'exercic avec des jouets moteurs stirling dits "performants" (multi cylindres, deplaceurs vertical, etc.). Les moteurs stirling philips ont des rendements qui peuvent atteindre 40%.

Étape 3 - Verification vitesse de rotation avec analyse video

Pour mesurer la vitess angulair, on va utiliser deux logiciels: 1 bout d cod python reposant sur opencv, et ffmpeg

commands python:

sudo apt install virtualenv

virtualenv --python=/usr/bin/python3 .

source bin/activate

pip3 install opencv-python

import cv2

import os

def charger_images_video(video_filename, output_folder):

"""

Charge les images vidéo d'un fichier et sauvegarde chaque frame en tant qu'image JPG.

Args:

video_filename: Le chemin d'accès au fichier vidéo.

output_folder: Le dossier où sauvegarder les images JPG.

Returns:

Un tableau NumPy contenant les images vidéo (3D array: frames, rows, cols).

"""

# Ouvrir la vidéo avec OpenCV

cap = cv2.VideoCapture(video_filename)

#Vérifier l'ouverture réussie

if not cap.isOpened():

print("Erreur d'ouverture du fichier vidéo:", video_filename)

return None

# Vérifier que le dossier de sortie existe, sinon le créer

if not os.path.exists(output_folder):

os.makedirs(output_folder)

# Liste vide pour stocker les images vidéo

images_list = []

frame_number = 0

# Lire les images vidéo image par image

while True:

ret, frame = cap.read()

# Vérifier la lecture de l'image

if not ret:

break

# Sauvegarder chaque frame en tant qu'image JPG

frame_filename = os.path.join(output_folder, f'frame_{frame_number:04d}.jpg')

cv2.imwrite(frame_filename, frame)

# Ajouter l'image à la liste

images_list.append(frame)

frame_number += 1

# Fermer la capture vidéo

cap.release()

return images_list

# Exemple d'utilisation

video_filename = '00009.MTS'

output_folder = 'frames'

images_list = charger_images_video(video_filename, output_folder)

commands ffmpeg:

sudo apt install ffmpeg

ffmpeg -i 00009.MTS -vf fps=25 output_frame_%04d.png

Vous pouvez reproduir la mesur avec l fichier vidéo sourc (lien ici) et les bouts d cod ci-dessus.

Malheureusement, à c stad d l'expérienc, la pris d video à 25fps n permet pas d mesurer correctement

la vitess angulair du moteur qui tourn trop vit et produit 1 flou sur la vidéo décompos en 25 images par secondes.

Malheureusement, la captation video à 60fps ou plus cout cher (camera sony ou zcam à plus d 1000€ sur amazon, l'avantag d la loi actuell sur les ventes par internet c'est que vous avez 14j pour tester la camera puis vous faire rembourser si ell n convient pas).

On trouvedes webcam 60fps mais apres test (la Svpro Full HD 1080P Webcam USB Objectif de Mise au Point Manuelle 4 mm, 30fps/60fps/100fps Caméras de Bureau USB CMOS OV2710 pour Linux Windows Android Mac OS, Plug and Play sur amazon à 33€) c mercredi 26 juin, ca capture à 30fps. Et c n'est pas évident d configurer des logiciels d captation vidéo adéquatement, voir cett pag par exempl où il n'y a pas d parametres pour definir les fps:

https://wiki.archlinux.org/title/Webcam_setup

Test avec la zcam e2:

vidéo d 60s à 60fps (en théori 3600 frames) avec un fond de thérébentin (plus d'alcool à 90° confisqu par les flics): le moteur tourne mais visiblement plus doucement que lorsque le pot est plein d'alcool à 90°. On verifie la vitess d rotation.

Bizzarement, j'ai un message"processus arret" à la frame 273 avec le script python

et ffmpeg fait le taff et on obtient un demi tour entre deux frames, soit 30 tour secondes, soit bien 1800 tours minutes

Fichier disponible ici si vous souhaitez vérifier:

https://vpn.matangi.dev/stirling.mp4 (1,8Go)

Étape 4 - faire tourner le moteur avec une source solaire

Fair 1 moteur stirling performant exige beaucoup d r&d (go! pour les hackers qui veulent faire des leaks des archives d philips ou d la ford torino -oui les années 60/70 cest pas q génial pour la musiqu-).

En théori, avec 1 rendement d 40%, il faudrait 1 recepteur solair d 2,5m2 (soit approximativement un recepteur de 90cm de rayon) pour 1 moteur d 1 kW

et on va ici s caler sur la puissance d la flamm qui fait tourner l moteur correctement:

60W à 90W

On va d'abord utiliser 1 reflecteur d petit taill sur lequel on va venir fixer des bouts d mirroir pétés (apres test d fixation d bouts d mirroir c'est nettement moins bon qu'avec la surfac initial du reflecteur) et mesurer l temps d'ébulition d'1 petit quantit d'eau

et on viendra fair 1 regl d trois pour 1 diametr adapt (la puissanc du soleil est linéair d la surfac ensoleill):

test c mardi 25 juin 2024 ensoleill.

Reflecteurs d 6cm d rayon en photo dont la surfac reflechissant est constitu d "bumps" pas nécessairement aussi bon que les surfaces dédiées telles que vendues par solar brother (https://www.solarbrother.com/acheter/reflecteur-solaire-adhesif-s-reflect-500/)

En mettant l doigt au milieu du reflecteur le midi en pointant l reflecteur en direction du soleil, on a une sensation proch d la sensation d brulur d'1 briquet au bout d 5s.

Le test pour fair bouillir 3mL d'eau a cependant échou, soit parce qu les surfaces ne sont pas assez lisses, soit parc qu la bougi fait trop d'ombr au reflecteur, soit parc que l reflecteur n'est pas assez bien orient par rapport au soleil et/ou la bougi pas plac assez précisément au foyer d convergences des rayons.

L'ensoleillement est d'environ 1000W/m2, et la surfac du reflecteur d'environ 3,14*0,06*0,06=0,0113m2

La puissanc du reflecteur est donc théoriquement d'environ 0,0113*1000=11,3W

Pour avoir 1 puissanc d 90W à midi (qu'on pourra moduler à la baiss avec 1 horair où l'ensoleillement est plus faibl), il faudrait donc 1 reflecteur d rayon r:

r=√(90/3,14*1000)=√(90/3140)=√(0,02866242)=0,17m

Il nous faut donc un bout d spher d 34cm d diametr.

L'antenn satellit (dit paraboliqu) récupér dans une recycleri fait 60cm d diametr, c qui est beaucoup trop grand, la surfac etant proportionell au carr du rayon (en premier approximation).

On va donc acheter une antene paraboliqu parabol d diametr 40cm (pas trouv plus petit) et y fixer un réflecteur solair adhésif.

Test du 12/07 négatif avec parabol d 40cm et réflecteur adhésif: le cylindr du piston est transparent et la chaleur des rayons solaires concentrés n chauff pas bien l cylindr. On peut pas démonter l cylindre pour y mettr dla paill d fer comm dans la vidéo de l'étape 1. Test demain avec collag dfeuill alu. Sinon il faudra trouver un moteur avec un cylindre métal.

La vidéo buggu est n'est pas uploadabl. Retest quand météo numériqu meilleur

Test negatif du 13/07 midi avec papier alu sur le cylindr: régler la parabol sur le cylindr a midi est compliqu, il fzut etr tres précis et avec l materiel qj'ai (un pied de micro) il faut suspendr l moteur en l'air,etc.

Test négatif du 16 juillet 18h: parabol d 40cm, concentration des rayons a peu près satisfaisant, puissanc solair insuffisant

Test négatif du 23 juillet 18h: parabol d 60cm, concentration des rayons solaires trop dispers, puissanc solair insuffisant

Le carr d lumièr concentr est trop dispersé. Il semblerait judicieux d fair un concentrateur plus précis (un véritable bout dsphère).

On essaierai après les vacances d fair un concentrateur sphériqu (donc avec un point focal plus concentr) avec un moul en plâtr sur un spher typ ballon d kin/yoga. Si vous voulez fair l tutoriel pour fair c typ d concentrateur, libr à vous!

Étape 5 - optimiser et fabriquer un recepteur solaire mobile

Là, j vous pass la balon.

D'abord, il faudrait réfléchir à 1 récepteur qui suit l soleil dynamiquement en fonction d sa position dans la journ (du jour et d l'heur) et d la latitud et longitud,

et plus important: qui soit capabl d renvoyer les rayons concentrés sur 1 point fix quel q soit l'heur.

Ensuit, on peut imaginer 1 truc constitu d plusieurs recepteurs d diametres distinct adapté à 1 ensoleillement variabl.

On a alors 1 sourc d'énergi renouvelabl infini et transportabl qui va fonctionner pour 1 ensoleillement avec 1 seuil haut et 1 seuil bas.

On peut mêm aller jusqu'à imaginer 1 sociét dont les machines n tournent pas quand il n'y pas assez ou trop d soleil, mais c'est d la scienc fiction.

Pour donner des points d repères, les plus grands mirroirs non pétés qu'on est actuellement capables d fabriquer sont les mirroirs d téléscop géants d 30m d diametr.

Les mirroirs d téléscopes d 5m à 10m d diametres sont plus courants pour les grands téléscopes.

J n suis pas spécialist du tout, just 1 vulgarisateur préoccupé par l changement climatiqu

et la mont du fascism.

A c titr et à c stad d mon expérimentation, seuls deux aspects "pratiques" m'interrogent pour 1 utilisation courant:

stopper l moteur (il suffit pas d stopper l'injection de carburant)

pour des utilisations longues: garder la sourc froid froid assez longtemps sans surdimensionner la puissanc en entr d la sourc chaud (pour 1 deltaT performant)

Et parc qu'à l'heur du fascim rampant qui mont dans tout la société, il faut arreter d s'auto censurer pour parler d politiqu quand on parl en son nom,

1 gouvernement qui prend au sérieux l changement climatiqu aurait depuis longtemps mis

les moteurs stirling dans les problemes d prépa, incité des consortiums à travailler dessus,

cr des groupes mixtes d'ingénieur.e.s-technicien.e.s-bricoleurs.e.s non diplomé.e.s multi territoriaux pour travailler sur c type d questions!

Les connaissances scientifiqu et techniques sont contextuelles d'époques et c n'est pas q dans le spatial (aller sur la lun)

qu'on a perdu des savoirs faires, si les lobbys empechent d remettr à l'ordr du jour des techniques oubliées

qui ont fait leur preuv, c'est au politique d créer les incitations nécessaires!

Étape 6 - a vous

voilà, vous avez maintenant des ressources web pour fabriquer un moteur stirling, des pistes pour faire des recherches sur les fabricants de moteurs stirlings performants, une methodo pour tester et verifier les vitesses de rotation de moins de 3600 tours/minutes dans un contexte numérique de flicage surveillance et entrave, une idée pour des moteurs à concentration à base de concentrateurs dynamiques.

Pour un algo de suivi du soleil, vous pouvez reprendre du code ici:

Dimensionner et faire un tracker solaire photovolatïque low tech

Cependant, un dispositif à base de 4 celulles photoelectriques et un petit circuit electronique de recherche de maximum par rotation/entrainement d'un moteur pourrait avantageusement remplacer le codage en dur et s'adapter à toutes les latitudes et longitudes.

J'ai aussi le soucis du sabotage des concentrateurs (rayures, reflecteur décollés) assez vite, mais je suis sur que vous trouverez des parades à ça aussi!

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