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MOTOR STIRLING | STIRLING ENGINE

GERADOR/MULTIFUNÇÕES | GENERATOR/MULTIFUNCTION

Manual do Utilizador

User Manual

ST-08 Air Engine

Portugal . Pedro Cabrita . 2012-1013

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AIR ENGINE GENERATOR AND MULTIFUNCTION ST-08

PEDRO CABRITA

MOTOR STIRLING GERADOR E MULTIFUNÇÕES ST-08

PEDRO CABRITA

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CONTENTS / ÍNDICE PAGE/PÁGINA

DESCRIPTION/DESCRIÇÃO………………………………………………………………………………………..….4

WORKING PRINCIPLE/MODO FUNCIONAMENTO……………………………………….….…...4

CARACTERISTICS-ADVANATAGES / CARATERISTICAS-VANTAGENS…………………..….6

TECHNICAL DATA / DADOS TÉCNICOS…………………………………………………………………………..7

ENGINE/MOTOR……………………………………………………………………………………………………7

GENERATOR/GERADOR…………………………………………………………………………………………8

GENERAL DIMENSIONS/DIMENSÕES GERAIS………………………………………………………..8

TRANSPORT/TRANSPORTE…………………………………………………………………………………….9

OPERATION/FUNCIONAMENTO…………………………………………………………………………………….9

BEFORE START UP/ANTES DE LIGAR………………………………………..……………………….…….9

STARTING/ARRANQUE…..………………………………………………………………………………………10

STOPPING/ PARAR………………………………………………………………….……………………………..10

IMPORTANT/ IMPORTANTE……………………………………………….….……………………………….10

ACESSORIES/ ACESSÓRIOS……………………………………………………………………………………………..11

MAINTENANCE/ MANUTENÇÃO ……………………………………………………………………………………12

LUBRICATION/LUBRIFICAÇÃO………………………………………………………………………………..12

TENSION ON THE BELTS/ TENSÃO NAS CORREIAS…………………………………………………..12

CLEANING/LIMPEZA……………………………………………………………………………………………….12

WATER LEVEL/NIVEL DA ÁGUA……………………………………………………………………………….13

FUEL CONSUPTION/CONSUMO COMBUSTIVEL………………………….………………….……….13

OTHER IMPORTANT INFORMATIONS/ OUTRAS INFORMAÇÕES IMPORTANTES…………….14

FIGURES OF THE ENGINE/FIGURAS DO MOTOR……………………………………………………………. 15

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DESCRIPTION / DESCRIÇÃO

This air engine generator and multifunction, common named Stirling or

hot air engine, comprises a single cylinder air engine, and an

electric generator. Also, the engine has several other transmission

mechanisms- pulleys and gear- to connect on external devices with

different speeds and output power depending on preferences.

Este motor a ar com gerador e multifunções, normalmente denominado

motor Stirling ou motor a ar quente, compreende um motor a ar

monocilíndrico e gerador elétrico acoplado. O motor possui vários

outros mecanismos de transmissão- polias e engrenagem- para conexão a

aparelhos externos com velocidades e potencias diferentes.

WORKING PRINCIPLE/ MODO DE FUNCIONAMENTO The ST-08 air engine is an external combustion engine, and since work

is performed at every complete revolution of the shaft, it has a two-

stroke cycle. The engine has two cylinders. The displacer/regenerator

cylinder and the power cylinder. The external combustion of the fuel

is clean and takes place continuously in the burner supplying heat to

the hot space of the displacer/regenerator cylinder. Combustion

products do not enter inside the cylinder that is closed off. Below

the heater is a water cooling jacket that works as a thermosiphon

system to cool down that part of the cylinder. Inside the

displacer/regenerator cylinder is a stainless steel regenerator and

inside the power cylinder, is a piston that transfers the power to the

crank. The Stirling cycle acts like this:

I. Compression of cold air in the cold space;

II. Heating of the compressed air in the regenerator and hot

space;

III. Expansion of the hot air in the hot space;

IV. Cooling of the expanded air in the regenerator and cold

space.

O motor a ar ST-08 é uma máquina térmica de combustão externa, e uma

vez que trabalho é efetuado a cada volta completa da cambota, possui

um ciclo de dois tempos. O motor tem dois cilindros: o cilindro com

deslocador/regenerador e o cilindro de trabalho. A combustão externa

do combustível é limpa, ocorrendo continuamente no queimador,

fornecendo calor ao espaço quente do cilindro com

deslocador/regenerador. Os produtos da combustão, não entram no

interior do cilindro que está completamente selado. Abaixo do espaço

quente, está o espaço frio, arrefecido por um sistema a água

denominado termossifão. Dentro do cilindro com deslocador/regenerador

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está um regenerador de aço e no cilindro de trabalho, um pistão que

transmite rotação à cambota. O ciclo de Stirling é o seguinte:

I. Compressão do ar frio no espaço frio;

II. Aquecimento do ar comprimido no regenerador e no espaço

quente;

III. Expansão do ar quente no espaço quente;

IV. Arrefecimento do ar expandido no regenerador e espaço frio.

Fig.1- Stirling cycle / Ciclo Stirling

Fig.2- Stirling Engine simple diagram/ Diagrama simples do motor Stirling

Hot air /Ar quente

Cold air /Ar frio

II

III

IV

I

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CARACTERISTICS- ADVANTAGES /CARACTERISTICAS-VANTAGENS The St-08 air engine is characterized by a number of favorable

properties making it particularly suitable for many applications.

Among others we can refer the following characteristics:

1. Multi-fuel engine (can take many types of fuel depending on the

specific system);

2. Silent operation (no valves, no explosions, etc.);

3. Non-poisonous gases;

4. Uniform torque and uniform load on the driving gear;

5. Durable, and very efficient;

6. Low friction losses and low lubricant consumption;

7. Constant speed, little maintenance and simple operation;

8. Conservation or improvement of energy at high altitudes.

O motor a ar ST-08 é um motor caracterizado por uma série de

propriedades favoráveis, recebendo um chamamento particular no uso de

determinadas aplicações. Entre outros, podemos referir as seguintes

vantagens/características:

1. Motor multi-combustivel (aceita vários tipos de combustíveis,

dependendo do sistema utilizado);

2. Operação silenciosa (não existem válvulas, explosões, etc.);

3. Não emite gases poluentes;

4. Torque uniforme e transmissão externa de torque de forma

uniforme;

5. Durável e bastante eficiente;

6. Pouca fricção e pouco consumo de lubrificante;

7. Velocidade constante, pouca manutenção e operação simples;

8. Conservação ou aumento da energia a altitudes elevadas.

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THECNICAL DATA /DADOS TÉCNICOS

ENGINE/MOTOR Engine type and number: Gamma | ST-08

Pressure: Atmospheric

Regenerator: Stainless Steel

Fuel: Alcohol or kerosene (kerosene must be avoided to keep the engine

more durable because fumes from kerosene can damage the cylinder)

Crosshead: Yes, uses simple crank mechanism

Heating system: Fuel tank with wicks around cylinder

Cooling system: Thermosiphon system with cooling jacket around cylinder

Cooling liquid: Water

Lubricant: Vegetable oil (must be very fluid oil)

Fuel tank capacity: 0.35L

Running time per filling: 180 minutes

Engine working volume: 79cm3

Bore X Stroke: 4.5cm X 5cm

Engine nominal speed: (unknown parameter)

Flywheel: Twin flywheel

Counterweights: Two, each one for journal of the crank

Crank Angle: 90º

Tipo de Motor e Numero: Gama | ST-08

Pressão: Atmosférico

Regenerador: Aço inoxidavel

Combustível: Álcool ou petróleo (deve-se evitar petróleo no sentido de

aumentar a vida útil do motor dado que o petróleo produz fumos que se

incrustam no cilindro)

Cruzeta: Possui cruzeta; usa o mecanismo de cambota simples

Sistema de Aquecimento: Tanque elevado com passagem para reservatório

com pavios em volta do cilindro

Sistema de Arrefecimento: Termossifão com reservatório à volta do

cilindro

Liquido de arrefecimento: Água

Lubrificante: Óleo vegetal (o óleo deve ser bastante fluido)

Capacidade do tanque de combustível: 0.35L

Tempo de funcionamento em função da capacidade do tanque: 180 minutos

Cilindrada: 79cm3

Diâmetro X Curso: 4.5cm X 5cm

Velocidade nominal do motor: (parâmetro desconhecido)

Volante de inércia: Dois volantes simétricos em cada extremidade da

cambota

Contrapesos: Dois, um por cada moente de cambota

Ângulo Cambota: 90º

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GENERATOR/GERADOR Current: Direct Current (DC)

Maximum Voltage: 12 Volts

Generator Speed:

Power Transmission: Small pulley with belt

Lights: 5 Watts

Rotor efficiency: 62%

Speed: High Speed

Shape: Round

Type: Micro motor

End Cap: Metal

Nominal Voltage: 5 Volts

Corrente: Corrente Contínua

Voltagem Máxima: 12 Volts

Velocidade do Gerador:

Transmissão de força ao gerador: Por meio de polias e correia

Luzes: 5 Watts

Eficiência do rotor: 62%

Velocidade: Rápido

Forma: Circular

Tipo: Micro motor

Involucro Exterior: Metal

Voltagem Nominal: 5 Volts

GENERAL DIMENSIONS/DIMENSÕES GERAIS (Engine +Generator /Motor + Gerador) Length: 50cm

Height: 50cm

Width: 25cm

Comprimento: 50cm

Altura: 50cm

Largura: 25cm

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TRANSPORT/ TRANSPORTE The engine must be moved manually by grabbing the handles on the sides

of the wood base. The handles can be removed from the wood base if

necessary. When transporting the motor is important to keep it

leveled. During transport, the engine must not be running. All valves

must be securely closed so that no leaks of water or fuel occur. By

moving the motor, it must be placed over a location leveled, which

does not slip. The wood base is provided with four anti skid.

O motor deve ser transportado manualmente, através das pegas laterais

presentes na base de madeira. Essas pegas podem ser removidas da base

de madeira se necessário. Quando se transporta o motor de um local

para outro, é importante mantê-lo praticamente nivelado. Durante o

transporte, o motor não deve estar em funcionamento. Todas as válvulas

ou tampas devem estra devidamente fechadas durante este processo, de

forma a evitar perdas de água ou combustível. Ao transportar o motor

para outro local, o mesmo deve ser colocado num local com pouco

desnível, e que não escorregue. A base de madeira possui quatro

esponjas antiderrapantes para evitar problemas de adesão/fixação no

solo.

OPERATION/ FUNCIONAMENTO

BEFORE START UP/ANTES DE LIGAR

1. The engine must work leveled.

2. Fill the fuel tank with alcohol or kerosene.

3. Check the level of cooling water and the need of lubricating oil.

1. O motor deve trabalhar nivelado.

2. Encher o tanque de combustível com álcool ou petróleo.

3. Verificar o nível de água de refrigeração e a necessidade de óleo.

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STARTING / ARRANQUE

1. Ignite the fuel wicks.

2. Wait 1-3 minutes until start the engine.

3. Connect the hand crank on its cam position next to the flywheel.

4. Rotate the engine clockwise in the direction of the arrow in the

flywheel (the engine will only rotate in this direction and might

be necessary to reduce some compression when moving the piston

from bottom dead center (BDC) to top dead center(TDC)).

1. Acender os pavios de combustível.

2. Aguardar entre 1-3 minutos antes de iniciar o motor.

3. Conectar a manivela na came situada junto do volante.

4. Rodar o motor no sentido dos ponteiros do relógio na direção da

seta que está no volante. (o motor só roda neste sentido e pode

ser necessário rodar mais devagar quando o pistão se move de PMI

ao PMS de modo a reduzir alguma da compressão produzida).

STOPPING/ PARAR

1. Erase the flame of the wicks.

2. Wait until the engine stops by itself.

3. Check if the fuel tank is closed and all the flames off.

1. Apagar a chama dos pavios.

2. Aguardar que o motor pare por si mesmo.

3. Verificar se o tanque de combustível está fechado e as chamas

apagadas.

IMPORTANT/ IMPORTANTE Even after the maximum 3 minute warm up, the engine could not work

because of heat losses associated with wind, lower temperatures, or

other similar factors. If this occurs, wait a little longer. The

engine has a high compression which can difficult starting if the

engine if not properly pre-heated. In order to reduce unnecessary

effort on the user and the motor, it is recommended that slowly

withdraws compression, leading slowly the power piston from the BDC to

TDC and then quickly rotate the hand-crank to start.

Mesmo após os 3 minutos de período máximo, necessário ao pré-

aquecimento, o motor poderá não responder, devido a perdas de calor

não estimadas, associadas ao vento, temperaturas mais baixas, entre

outras condições semelhantes. Se tal ocorrer, aguardar um pouco mais

para estimular mais aquecimento. O motor possui uma compressão elevada

o que também pode dificultar o arranque nas condições referidas. No

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sentido de minuir esforços desnecessários sobre o utilizador e no

motor, é recomendado que se retire descompressão ao motor, levando o

pistão desde o PMI ao PMS lentamente, e só depois, rodar a manivela

com força para dar o arranque.

ACESSORIES/ ACESSÓRIOS

The St-08 engine boasts some accessories necessary for operation

included. Included in this category are the following elements and

their functions:

1. Belt drive: used to transmit the rotary motion of the engine to

another rotation element with pulleys.

2. Reservoir for oil: used in the lubrication of bearings,

connecting rods, connecting rod pin, and regenerator

rod/crosshead. Subject to refill.

3. Hand –Crank: used to start the engine. Must be placed on the cam

position next to the flywheel and is used to help rotate the

crankshaft easily.

4. Chain: used if the user wishes that the power transmission is

made through a chain and sprockets.

5. Reflector with Leds: used to produce light from the generator.

Can be replaced by other lights.

6. Auxiliary Fuel Tank: reserve fuel in case of transport, and

forgetfulness filling the main fuel tank.

O motor ST-08 inclui alguns acessórios necessários ao seu correto

funcionamento. Incluídos nesta categoria, estão os seguintes elementos

e respetivas funções:

1. Correia de transmissão: usada para transmitir o movimento de

rotação do motor a outro elemento de rotação através de polias.

2. Reservatório do óleo: usado sobre a forma de conta-gotas para

lubrificação de partes do motor como rolamentos nos mancais,

bielas, pino conector e cruzeta /haste do regenerador.

3. Manivela: usada para iniciar o motor. Coloca-se junto da came

que está na zona do volante, auxiliando a rotação para dar

arranque ao motor.

4. Corrente: utilizada caso o utilizador pretenda que a transmissão

de movimento do motor se dê através de corrente e engrenagens.

5. Refletor com Leds: usado para produzir luz através do gerador.

Substituível.

6. Tanque de Combustível Auxiliar: usado caso o utilizador se tenha

esquecido de encher o tanque principal, ao transportar o motor.

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MAINTENANCE/ MANUTENÇÃO

LUBRICATION/LUBRIFICAÇÃO The lubrication of the moving parts of the engine must be done

periodically between each two uses of the engine, or, if excessive

consume, when needed to execute a perfect run.

A lubrificação das partes móveis do motor deve ser efetuada a cada

dois usos do motor em funcionamento, ou, se o consumo for excessivo,

quando seja necessário ao seu normal desempenho mecânico/elétrico.

TENSION ON THE BELTS/ TENSÃO NAS CORREIAS

Power transmission is a function of belt tension. However, also

increasing with tension is stress (load) on the belt and bearings. The

ideal belt is that of the lowest tension that does not slip in high

loads. Belt tensions should also be adjusted to belt type, size,

speed, and pulley diameters. Proper belt tension is when the belt

deflects approx. ¼” inch at the center when squeezed firmly on both

sides( see Fig.3).

A transmissão de energia dá-se pela tensão da correia. No entanto,

pode também aumentar com a tensão, o stress (carga) da correia e

rolamentos. A correia ideal é que tiver menor tensão e que não desliza

em cargas elevadas. A tensão das correias deve também ser ajustado

para o tipo de correia, diâmetros, tamanho, velocidade, e polia. A

tensão da correia é adequada quando a correia desvia aprox. 6,35mm no

centro, quando apertada firmemente em ambos os lados (ver Fig.3).

Fig.3- Correct belt tension/alignment

Tensão /Alinhamento corretos

CLEANING/LIMPEZA

The engine must be cleaned with a dry cloth when needed.

O motor deve ser limpo com um pano seco quando necessário.

¼ inch | 6,35 mm

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WATER LEVEL/NIVEL DA ÁGUA

The cooling water should always be present when the engine is running.

The use of water can forbid startup, normal operation, or even damage

the engine. The user should fill the water tank completely up to its

maximum level. For the thermosyphon operates properly, the circuit

should be sealed with a cap preventing the entry or exit of air. The

flow should occur, then, of course, after given temperature. The water

has no coolant in the tank. When the water tank is very hot, it is

recommended to stop the motor for about 1-1.5 hours.

A água de refrigeração deve estar sempre presente quando o motor está

em funcionamento. O não uso de água pode impossibilitar o arranque,

normal funcionamento, ou até mesmo, danificar o motor. O utilizador

deve encher o reservatório com água até ao seu nível máximo. Para que

o sistema de termossifão atue devidamente, o circuito deverá ser

selado, colocando-se a tampa no reservatório, para que nenhum ar entre

ou saia. O fluxo deverá ocorrer, naturalmente, após um dado período de

aquecimento, que é variável. O tanque não tem refrigeração pelo que,

se a água ficar muito quente, recomenda-se a paragem do motor por

cerca de 1-1.5 horas.

FUEL CONSUPTION/CONSUMO COMBUSTIVEL

The ST-08 air engine uses alcohol or kerosene as fuel. Gasoline could

also be used, but for reasons related with safety of operation and

longer durability, the first two fuels should be used instead of

gasoline, and, in preference, alcohol. The fuel tank has a capacity of

about 0.35 Liter, and the burner around the cylinder takes a maximum

volume of 0.09 Liter. The fuel system and ignition is manual. It must

be controlled during operation, opening the safety valve on the main

tank, remaining the main cap closed, and the lower valve little

opened. This way the fuel drops into the burner. In this process, the

user must wait more or less 10-15 seconds, so that the burner jacket

fills. After that, the user only needs to close the safety valve on

the top. Fuel will stop its flow. All this process must be done in a

period between 10-15 minutes between fillings of the burner. With the

fuel tank full filled, and using this process correctly, the fuel

should be enough to run the engine for about 3 hours, no stopping and

no water changing, at average speed.

O motor a ar ST-08 usa álcool ou petróleo como combustíveis. A

gasolina poderia também ser empregue, mas por razões de maior

segurança e durabilidade, os primeiros dois combustíveis devem ser

usados ao invés de gasolina e, preferencialmente, o álcool. O tanque

de combustível tem uma capacidade máxima de cerca de 0.35L, e o

queimador em torno do cilindro tem uma capacidade máxima de 0.09L. O

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sistema de combustível e ignição é manual. Deve ser controlado durante

a operação do motor, abrindo a válvula de segurança em cima do tanque,

sendo que a tampa principal permanece fechada, e a torneira abaixo do

tanque apenas um pouco aberta. Assim, o combustível flui para a zona

do queimador. Depois disso, o utilizador apenas necessita fechar a

válvula de segurança anteriormente aberta para que o fluxo pare. Este

processo deve ser feito em períodos de 10-15 minutos entre enchimentos

do queimador. Com o tanque de combustível totalmente cheio, e usando

este processo de forma correta, o combustível é suficiente para o

motor trabalhar a velocidade contante, sem paragens, por um período

aproximado de 3 horas sem mudanças de água de refrigeração.

OTHER IMPORTANT INFORMATIONS/ OUTRAS INFORMAÇÕES IMPORTANTES

1. The top of the engine after start-up becomes very hot. Be careful

when touching because it can cause severe burns.

2. The wicks can spend quickly. Just replace by other suitable wicks.

3. If the wicks are completely dry, the user may need to wait some

time until wetting.

4. Along the cooling water can be used normal antifreeze liquid.

5. The superior protection of the motor must always be placed after

the ignition wick, to prevent excessive consumption of fuel, wind

protection, protection of the fuel tank and efficient flow of

gases.

6. If the engine drop its speed with no apparent meaning, check if the

counterweighs are in the correct position.

1. A parte superior do motor, após arranque, fica muito quente.

Cuidado ao tocar pois pode provocar queimaduras graves.

2. Os pavios podem gastar-se rapidamente. Basta substituí-los.

3. Se os pavios secarem por completo, pode-se ter de esperar um pouco

até que os mesmos humedeçam em combustível.

4. Junto com a água de refrigeração podem ser usados, adicionalmente,

anticongelantes normais.

5. A parte superior do motor deve ser sempre colocada a fim de evitar

gasto excessivo de combustível, proteção contra o vento, proteção

do tanque de combustível e fluxo eficiente dos gases produzidos.

6. Se o motor perder velocidade sem razão aparente, verificar se a

posição dos contrapesos está correta.

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FIGURES OF THE ENGINE/FIGURAS DO MOTOR

Hot Cap/ Retentor Calor

Muffler / Escape

Light / Luz

Fuel Tank/ Tanque Combustível

Cam / Came

Extra Tank / Tanque Extra

Acessories / Acessórios

Termosiphon /Termossifão

External Protector/ Protetor

Externo

Termosiphon /Termossifão

Termosiphon /Termossifão

Termosiphon Base / Base

Termossifão

Pulleys / Polias

DC Generator. Gerador CC Wood Base / Base Madeira

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50cm

50cm

25cm

Resumed Instruction

Instruções Resumidas

Fuel Tube / Tubo Combustível

Cooling Jacket/ Jaqueta Arrefecimento

Hot Jacket / Queimador

Air Vent / Ventilação

Oil / Óleo

Funnel / Funil

Belt / Correia Transmissão

Hand Crank / Manivela

Chain /Corrente