MOTOR STIRLING GAMA- SEPARADOR DE GRÃOS

mOTOR STIRLING GAMA- SEPARADOR DE GRÃOS

Bruno Alexsander Carvalho, [e-mail], NA

Daniel Lorenzo Bonato, [e-mail], NA

Fellipe Luiz Bonato, [e-mail], NA

Gabriel Viana Kudlawec, [e-mail], NA

Gustavo Henrique Hellinger, [e-mail], NA

1. INTRODUÇÃO

        Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se chamar a atenção para um tipo de ciclo alternativo de produção de energia. O ciclo Stirling é conhecido desde o século dezenove, quando foi elaborado com o propósito de substituir máquinas a vapor que na época representavam perigo para as pessoas que as comandavam. Foi substituído posteriormente em função do domínio que se passou a ter sobre estas máquinas e fluidos de trabalho, derivados principalmente do petróleo. Hoje em dia, tornou-se fonte alternativa de geração de energia mecânica ou elétrica, por sua versatilidade, pouco ruído, pouca manutenção e principalmente por permitir que se vislumbre o uso de fontes alternativas e inesgotáveis de energia, auxiliando na busca de formas de produção de energia útil de modo sustentável e sem agressão ao ambiente.

O motor Stirling é um motor de combustão externa, aperfeiçoado pelo escocês Robert Stirling em 1816, auxiliado pelo seu irmão engenheiro. Eles visavam à substituição do motor a vapor, com o qual o motor Stirling tem grande semelhança estrutural e teórica. No início do século 19, as máquinas a vapor explodiam com muita frequência, em função da precária tecnologia metalúrgica das caldeiras, que se rompiam quando submetidas à alta pressão, sensibilizados com a dor das famílias dos operários mortos em acidentes, os irmãos Stirling buscaram criar um mecanismo mais seguro, conhecido também como "motor de ar quente", por utilizar os gases atmosféricos como fluido de trabalho. Teoricamente, o motor Stirling é a máquina térmica mais eficiente possível.

Há 3 configurações básicas deste tipo de motor: Alfa - com cilindros em V; Beta - com êmbolos coaxiais num mesmo cilindro e Gama - com cilindros em linha, (Existem modelos grandes com uso prático e modelos didáticos, minúsculos, acionados até pelo calor de uma mão humana. Esse tipo de motor apresenta diversas vantagens, é pouco poluente pois a combustão é contínua, e não intermitente como nos motores Ciclo de Otto e Ciclo Diesel, permitindo uma queima mais completa e eficiente do combustível.  Por isso é muito silencioso e apresenta baixa vibração. Pode utilizar praticamente qualquer fonte energética: gasolina, etanol, metanol, gás natural, óleo diesel, biogás, GLP, energia solar, calor geotérmico e outros, basta gerar uma diferença de temperatura significativa entre a câmara quente e a câmara fria para produzir trabalho, quanto maior a diferença de temperatura, maior é a eficiência do processo e mais compacto o motor. Sua maior desvantagem consiste na dificuldade de dar partida e variar sua velocidade de rotação rapidamente, sendo complicado seu emprego em veículos como carros e caminhões, embora modelos de propulsão híbrida (elétrico e motor térmico) possam ser viáveis.

2. FUNDAMENTAÇÃO

Com relação aos motores de combustão interna, o Motor Stirling é um motor térmico, diferente dos motores a vapor. Sendo considerada uma máquina térmica que funciona por meio da compressão cíclica e da expansão de ar, que é denominado por uma combustão externa. Esses tipos de motores realizam uma queima de combustível do lado de fora do motor. Como por exemplo, os próprios motores a vapor eram dessa maneira. A queima do combustível é gerada para realizar o aquecimento, tendendo o seu funcionamento, que no caso do Motor Stirling é transformado em um movimento mecânico. O êmbolo do Motor Stirling, tem a capacidade de dividir o espaço da compressão e da expansão, possuindo assim duas temperaturas diferentes. A posição do êmbolo em certa elevação mais alta do cilindro demonstra que quase todo o gás está no espaço frio, e quando esse êmbolo desce, ocorre uma troca de calor dentro da parte quente. Sendo que para a realização da combustão externa do Motor Stirling, é necessário fazer a queima de qualquer combustível, O ciclo termodinâmico realizado pelo motor Stirling é descrito pelo ciclo de Carnot, esse ciclo é composto de 4 transformações, São elas:

 1)Expansão: A maior parte do gás se encontra dentro do cilindro quente. Devido ao aquecimento, o gás expande-se e realiza trabalho. O pistão frio permanece estático. Com o aquecimento do pistão quente, ambos os pistões iniciam seu movimento.

2)Transferência: Devido à inércia do movimento, a maior parte do gás é conduzida para o cilindro frio devido ao recuo do pistão quente e verifica-se uma rotação de 90º do virabrequim.

3)Contração: Como o deslocamento do gás para o cilindro frio, este vai ser resfriado, assim o gás vai-se contrair e reduzir a pressão fazendo com que os pistões recuem acontecendo uma rotação de 90º.

4)Transferência: Ambos os pistões se movimentam, há novamente uma transferência do gás para o cilindro quente, de modo a completar e reiniciar o ciclo.

2. METODOLOGIA

Para a realização do trabalho, procuramos obter uma pesquisa minuciosa na internet, utilizando como principal meio de estudo e desenvolvimento os vídeos e artigos sobre motores stirling “separador de grãos” Gama, encontrarmos esse motor simples e que utiliza materiais de fácil acesso, o motor Stirling é um motor de grande eficiência energética, superando motores a diesel, gasolina e as máquinas a vapor. Ele funciona por meio de combustão externa, onde a uma câmera quente e uma fria, gerando assim a expansão e a compressão do gás no cilindro do pistão, fazendo assim que o pistão de trabalho se desloque, gerando um movimento linear que ao ser ligado ao virabrequim pela biela gera um movimento cíclico. A maioria dos materiais utilizados, na construção do Motor Stirling, é de fácil acesso e custo reduzido. O único material de difícil acesso foi à cola de silicone para alta temperatura, já que nem todas as pessoas conhecem esse tipo de cola e acabavam não sabendo informar onde poderia ser encontrada, mas conseguimos encontrar em um material de construção de grande porte, após a obtenção dos materiais necessários, iniciamos a construção e montagem do motor, começando pela base que sustentará o Motor, a base foi feita a partir de uma lata de pêssego em conserva, onde foi feito cortes com o formato retangular na extremidade da base para a entrada da vela de calor, em seu lado oposto, foi introduzido um furo, iniciado com uma broca e alargado com uma ponta de lixa de mini retifica, com a intenção de servir como chaminé, para saída dos gases de queima. Em sua parte superior, foi feito um furo com o diâmetro de uma lata de refrigerante, utilizando broca para metal em uma furadeira de bancada. A  montagem do cabeçote motor, utilizamos duas latas de refrigerante, ambas cortadas com 60 mm de altura, em uma das latas introduzimos um furo no centro da sua base, com a ajuda de um molde de molejem 3D. Na segunda lata foram feitos três furos em sua base, um furo central, e mais dois furos em 30° tanto a esquerda quanto a direita do furo central, mas localizadas mais as extremidades da lata, esses furos iram passar os mangueiras do pistão de trabalho. Fixamos o cilindro quente à base do motor utilizando o silicone, utilizamos silicone de alta temperatura em todos os furos para que não houvesse vazamentos. Deixando o silicone secar, iniciamos a montagem do pistão de deslocamento, introduzimos o pistão de deslocamento dentro do cilindro quente, deixando a base do motor sobre uma mesa plana, iniciamos a fixação do cabeçote do motor apenas forcando a base de uma lata a boca da outra, fazendo com que a latas de refrigerante ficassem alinhadas, para o suporte do virabrequim, utilizamos uma lata de refrigerante fizemos furos (de 2,5mm de diâmetro) paralelos a 30 mm da parte superior da lata de refrigerante, então retiramos a tampa e o fundo da lata utilizando lixa para metal, abrimos mais dois furos um na parte frontal, localizada ao centro da lata e um na parte traseira da lata, localizado mais ao rodapé da lata, os furos foram feitos utilizando a lixa de mini retifica, utilizando duas moedas de dez centavos fizemos um furo centralizado de 2 mm de diâmetro em cada, para então fazer a fixação com silicone, em alinhamento aos furos da parte superior da lata de refrigerante. Introduzimos o suporte do virabrequim ao cabeçote do motor, alinhando um dos furos com as moedas para o cilindro frio, na montagem do cilindro frio, utilizamos um raio de 1,5 mm, fixamos em sua rosca uma tampa de água sanitária furado ao centro então introduzimos um balão N°10 e uma tampa de garrafa pet. Esticando a boca do balão sobra o suporte do cilindro frio e utilizando elásticos de banco o fixe.