Heteluchtmotoren
Heteluchtmotoren Principe Hetelucht- of Stirlingmotoren zetten het uitzetten en inkrimpen van lucht, ontstaan door het beurtelings verwarmen en koelen daarvan,  om in energie. De motor heeft een koud en een warm gedeelte, waartussen de in de machine opgesloten lucht wordt heen en weer bewogen. Deze luchtverplaatsing wordt gedaan door de verdringer. Luchtdrukveranderingen in de verdringercilinder  worden via een pijp in doorgegeven aan de arbeidscilinder, die de krukas met vliegwiel doet draaien.  Er zijn veel verschillende uitvoeringen, zelfs zonder krukas, maar het principe is steeds zoals hierboven kort weergegeven. Het rendement van een heteluchtmotor is onder andere afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de lucht in warme en koude toestand. Het is dus zaak aan de ene kant een zo hoog mogelijke temperatuur te creëren en aan de andere kant een zo laag mogelijke temperatuur. De motor wordt dus aan de ene kant verwarmd en aan de andere kant gekoeld. Verwarming en koeling vindt uitwendig plaats. Als verwarmingsbron kan niet alleen elke soort brandstof worden gebruikt, maar ook bij voorbeeld spiegels die zonlicht concentreren. Historie De heteluchtmotor is uitgevonden door de Schotse dominee Robert Stirling en gebouwd door zijn broer James, die instrumentmaker was. Rond 1820 hebben beide broers, naast de robuuste uitvoeringen om bij voorbeeld water mee te verpompen, twee modellen van ca. 70 cm hoog gemaakt, waarschijnlijk om demonstraties mee te verzorgen aan de universiteit van Edinburgh en die van Glasgow, die ik verder ‘Edinburgh-‘ en ‘Glasgow model’ zal noemen. Het Glasgow model is, waarschijnlijk later, door de latere Lord Kelvin, voorzien van een koelmantel, om het rendement te verbeteren. Toepassing De uitvinding van de Stirlingmotor was een antwoord op de vele ongelukken die plaatsvonden als gevolg van explosie van stoomketels. De toepassingsmogelijkheden van Stirlingmotor is echter beperkt. In de 19e  eeuw zijn er wel bruikbare toepassingen geweest en begin 20e eeuw werden er wel waterpompjes binnenshuis mee aangedreven, ventilators en zelfs platenspelers. Philips heeft er jarenlang aan gewerkt met  high/tech  toepassingen, maar het is nooit een commercieel succes geworden. Binnen de Stirling Society zijn machines gebouwd die een bootje of skeltertje aandrijven, maar deze zijn groot in verhouding tot het vermogen. In derdewereldlanden worden ook nu wel heteluchtmotoren voor bij voorbeeld waterpompen toegepast, met als warmtebron zonnespiegels. Historisch perspectief In historisch perspectief is de heteluchtmotor echter interessant. Tot laat in de 17e eeuw werden als vermogensbron, naast mens/ en dierkracht,  voornamelijk water- en windmolens gebruikt en als voortstuwing van schepen, zeilen.  Eind 17e, begin 18e eeuw kwam De Savery met een stoommachientje, maar Newcomen maakte als eerste de stoommachine tot een groot succes. Zijn machines waren tot drie verdiepingen hoog, werkten op de kracht van condenserende stoom, door in een met stoom gevulde cilinder koud water te spuiten. Op deze wijze werden de Engelse (en ook wel buitenlandse) mijnen van het grondwater ontdaan, waardoor deze langer in gebruik konden blijven. James Watt heeft deze stoommachine sterk verbeterd, onder andere om de warme kant (de stoomcilinder)  te scheiden van de koude kant (de condensor). De stoommachine beleefde in de 18e, 19e en deels 20e eeuw zijn hoogtepunt en zijn vervanging door de veiliger Stirlingmotor is, zoals wij zagen, geen succes gebleken. Eind 19e, begin 20e eeuw kwamen, zoals bekend, de diverse typen verbrandingsmotoren die door hun veiligheid, lage bedrijfsgewicht en snelle start (je hoefde niet eerst een ketel op te stoken) op de markt, evenals turbines. Edinburgh en Glasgow model De hierboven genoemde demonstratiemodellen zijn uit historisch oogpunt prachtige modellen die goed lopen, maar erg fragiel zijn. Aan de uitvoering is te zien dat ze door een instrumentmaker zijn vervaardigd. Er zijn dunne stangetjes, minuscule draaipuntconstructies en kleine maten bouten gebruikt, tot de Engelse schroefdraadmaat 10BA (ongeveer 2mm dik) aan toe. Gefascineerd door deze toestellen heb ik op het internet gezocht en vond een boek, geschreven door de Maltees James Rizzo, waarin beide modellen voldoende in detail beschreven zijn om ze na te bouwen, wat ook de opzet van het boek is. Ik heb twee jaar aan het vervaardigen van de replica’s gewerkt, de machines lopen naar  behoren en zijn op ware grootte nagebouwd. Het was mijn eerste project van dit soort en schaal 1:2 zou te veel priegelwerk voor mij geworden zijn. Het lijkt er nu op dat ik waarschijnlijk de enige ben die replica’s op ware grootte heeft gebouwd. Verdere informatie Ik wil niet te veel informatie over Stirling motoren op deze website zetten; er zijn vele uitstekende boeken en uitgebreide websites op dit gebied. Ik beperk me tot een foto van beide replica’s met daarop de diverse functies aangegeven en een blad met ‘thumbnails’ om een indruk te geven van de verrichte werkzaamheden en de gemaakte onderdelen. Vervolgens toon ik een paar bladzijden van het eerdergenoemde boek van James Rizzo en tot slot vermeld ik een aantal belangrijke verwijzingen. Referenties 1. Robert Stirling’s model of the “air engine”, James G.Rizzo, 2009, Camden Miniature Steam Services, ISBN No. 978-0-9547131-9-5. Beschrijving met tekeningen, foto’s en maatvoering om zelf de modellen Edinburgh en Glasgow na te bouwen. 2. The Stirling Engine Manual, James G. Rizzo, 1995, Camden Miniature Steam Services, ISBN No. 0 9519367 3 5. Standaard werk over  theorie en bouw van Stirling motoren. In 2014 niet meer nieuw te krijgen. 3. The Stirling Engine Manual Volume II, James G. Rizzo, 1999, Camden Miniature Steam Services, ISBN No. 0 9519367 9 4. Standaard werk over  theorie en bouw van Stirling motoren. In 2014 niet meer nieuw te krijgen. Tweede hands erg duur. 4. Quick and easy Stirling Engine, Jim R.Larsen, 2012, ISBN-13: 978- 1466277779.  ISBN-10: 1466277777. Handleiding om een Stirling motor van bierblikjes en ijzerdraad te maken. Goedkoop te maken, maar best lastig. In 2014 nieuw verkrijgbaar. 5. Het mysterie Wardenier, Han Wielick en Henk Ymker, 1984. Bekend in Noord Nederland, complottheorie over de man die in 1934 een heel zuinige motor heeft uitgevonden en daarna krankzinnig is verklaard. Zou dit een Stirling motor geweest zijn? 6. http://www.stirlingengine.com/two-piston-animation-detail/ laat een animatie zien van de werking van een Stirling motor. 7. http://www.stirlingengines.org.uk/index.html Homepage van de Stirling Society. 8. https://www.youtube.com/watch?v=Ag3NmjJ8Fkg Video van “Stirling engine made of scrap”, het model met de bierblikjes. 9. https://www.youtube.com/watch?v=rBgn39efJ-A Video van het model Edinburgh. 10. https://www.youtube.com/watch?v=hcwrXtRiy-Y Video van het model Glasgow.
Model Glasgow foto’s Model scrap foto’s Model Edinburgh video Model Glasgow video Model scrap video Home Foto’s vervaardiging replica’s Home Model Edinburgh foto’s Foto’s vervaardiging replica’s Model Edinburgh foto’s Model Glasgow foto’s Model scrap foto’s Bekijk het boek