MOTOR STIRLING: GAMA

MOTOR STIRLING: Gama

Deivison das Graças Silva^[1]

Filipe Augusto de Souza2

Leonardo Augusto dos Santos Fernandes3

Leonardo Reis de Biaso4

Rafael do Espirito Santo5

Stefano Messias6

Thales Eduardo Ribeiro7

Wilquer Alves de Oliveira8

Deborah Reis Alvarenga9

RESUMO

O motor Stirling ainda é pouco conhecido, seu diferencial é que ele possui a combustão externa, assim gerando trabalho através de várias fontes de calor. Diante disso, o presente trabalho terá o objetivo de apresentar a construção de um protótipo do motor Stirling tipo Gama, e também a explicação sobre o histórico do motor, seus tipos, suas vantagens e desvantagens, a forma de funcionamento através do ciclo Stirling, as leis que se aplicam para o motor, que são baseadas nos conhecimentos obtidos através das matérias de Termodinâmica I e II entre outras. Assim apresentando no final os resultados que foram alcançados através dos métodos utilizados para construção, como também o seu processo de montagem completo e a tabela de custos.

Palavras-chave: Motor Stirling Gama. Ciclo Termodinâmico. Termodinâmica.

1 INTRODUÇÃO

No século XIX as máquinas não possuíam uma tecnologia tão avançada para serem desenvolvidas com total segurança para os operadores e também para própria indústria. Assim, como as necessidades não eram atendidas, principalmente para construção de caldeiras, que eram para serem construídas para resistir a alta pressão, acabaram ocorrendo muitos acidentes, até mesmo alguns que levaram pessoas a mortes, tudo em virtude da falta de tecnologia necessária para construção de máquinas adequadas. Em 1816, Robert Stirling um pastor escocês e seu irmão que era um engenheiro, desenvolveram um motor que era mais apropriado e seguro, o motor tinha o mesmo princípio dos utilizados nas máquinas a vapor, porém trabalhava com pressões mais baixas devido a utilização de ar ou outros gases no seu interior, gerando mais segurança para os que trabalhavam com esses tipos de máquinas.

Assim, em 1818 o primeiro motor foi construído, para poder bombear água em uma pedreira, e assim sendo aperfeiçoado com o passar dos anos, e em 1843 foi utilizado de fato para mover máquinas numa fundição.

O motor Stirling utiliza o gás atmosférico como fluido de trabalho, constituído de quatro fases termodinâmicas e dois tempos do pistão, assim será abordado no trabalho seus conceitos e o sistema de funcionamento do mesmo, e também explicado a sua montagem, resultados e gastos calculados pelo grupo (SIER, 1995).

2   TIPOS DE MOTORES

2.1 Motor Stirling tipo Gama

Este é o modelo de motor Stirling mais conhecido,        seu sistema operacional possui dois cilindros independentes, o pistão deslocador (quente) é o que realiza o deslocamento do fluido de trabalho que pode ser gás ou ar entre as extremidades quentes e frias, ele é suspenso por uma haste que desliza sobre as buchas no meio do cilindro quente, e o pistão é totalmente isolado e fechado do ambiente externo. No motor possui um segundo pistão, que é o que realiza o trabalho do motor e se encontra separado do cilindro quente. Responsável pela compressão, expansão, descompressão e contração do fluido de trabalho.

Figura 01 – Desenho em Corte do

Motor Stirling Tipo Gama

[pic 1]

                                                           Fonte: Hirata, 1995.

2.2 Motor Stirling tipo Beta

        

Com sistema mecânico possuindo apenas um cilindro com dois pistões alinhados, o pistão interno faz o deslocamento do fluido de trabalho gás ou ar, entre as câmaras frias e quentes. O segundo pistão no tipo beta, também é conhecido como o de trabalho, ele mantém o pistão deslocador suspenso, e também auxilia no confinamento do fluido de trabalho dentro do motor.

 Figura 02 – Desenho do

   Motor Stirling Tipo Beta

[pic 2]

Fonte: Hirata, 1995.

2.3 Motor Stirling tipo Alfa

Seu sistema mecânico é diferenciado em relação aos motores gama e beta, o motor alfa possui dois cilindros independentes, onde o pistão quente produz o movimento que decorre da variação de pressão e do vácuo interno do motor. O pistão quente é visível, e extremidade em que a biela é fixa, diferente do motor gama e beta.

                                                                  Figura 03 – Desenho do

                                                                  Motor Stirling Tipo Alfa

[pic 3]

                                                                  Fonte: Hirata, 1995.

3 CICLO TERMODINÂMICO STIRLING

O motor Stirling possui um ciclo como qualquer outro motor, o seu ciclo termodinâmico é formado por quatro fases, primeiramente ocorre a expansão isotérmica (onde uma fonte de calor aquece o gás o expandindo gradualmente para que sua temperatura permaneça constante) 1-2, em seguida acontece um resfriamento a volume constante (retirada de calor do gás) 2-3, após começa o processo de compressão isotérmica (enquanto o gás é resfriado seu volume diminui para que não ocorra aumento de temperatura) 3-4, e um aquecimento a volume constante (o gás resfriado sofre novamente um aumento de temperatura até atingir a mesma do início para que o ciclo comece novamente) 4-1 ( MORAN e SHAPIRO, 2011).

                                                             Figura 04 – Diagrama de

                                                             Pressão x volume

                                                             De Stirling

[pic 4]

                                                             Fonte: Hirata, 1995

4 TEMPERATURA

        Segundo Tippler (2012, p.8) é uma propriedade “[...] física de um gás, sólido ou líquido que se altera devido a variação da temperatura. Quando se eleva a temperatura de um gás e a sua pressão mantém-se constante, seu volume aumenta, portanto se o volume é mantido constante o que irá aumentar será sua pressão."