Motor Stirling

MOTOR STIRLING

ANDRADE, ^[1]

BRITO, 2

MATHIAS,3

MELO,4

Resumo

O motor stirling foi idealizado para ser um dos melhores motores em termos de eficiência em operação perdendo apenas para maquina de Carnot que é considerada um motor ideal, sua autonomia é bem superior aos demais produzidos com eficiência media de 40 %, ele consegue, através das leis da termodinâmica transformar a diferença de temperaturas em energia mecânica, que por sua vez, pode ser convertida em energia elétrica. O motor pode ser fabricado com matérias simples, no qual qualquer pessoa pode fabrica-lo, como também compreender o seu funcionamento.

Palavras-chave: Motor, Energia, Termodinâmica.

Introdução

O motor stirling foi desenvolvido por ser um motor de fácil montagem, entendimento, baixo custo e principalmente porque o seu funcionamento é baseado nas leis da termodinâmica, assunto no qual faz parte da disciplina física experimental II. O assunto teórico abordado pode gerar dificuldades de entendimento, porém, o modo no qual o projeto foi desenvolvido, torna a compreensão mais simples, podendo ser acessível, inclusive a pessoas que não possuem um conhecimento mais aprofundado sobre o assunto. Tornando-se um bom material didático para a população em geral.

Abordaremos de forma sucinta como foram usadas as leis da termodinâmica através de materiais de baixo custo para a confecção de um produto de alto valor educacional.

Fundamentação Teórica

 O motor Stirling também conhecido como motor de ar quente possui no seu ciclo termodinâmico quatro processos internos reversíveis:

• Expansão isotérmica (processo ab)
• Resfriamento a volume constante (processo bc)
• Compressão isotérmica (processo cd)
• Aquecimento a volume constante (processo da)

[pic 1]

(Figura 1, Diagrama p-V)

         De acordo com o HALLIDAY (2009) a figura acima, é uma maquina que possui transferência de calor isotérmico nas temperaturas TQ e TF. As duas isotérmicas dessa maquina são ligadas por processos a volume constante.  

         Assim para aumentar reversivelmente á temperatura de um gás a volume constante da temperatura TF para TQ, ou seja, processo (da) representado na figura acima, é necessário transferir energia sob a forma de calor para a substância de trabalho a partir de uma fonte, na qual a temperatura possa ter uma variação suavemente entre estes limites.

        Além disso, para que o processo (bc) seja executado é necessário uma transferência de calor no sentido inverso. Então, transferências reversíveis de calor e variações correspondentes a entropia ocorrem em todos os quatros processos que formam o ciclo stirling .

        O motor desenvolvido no projeto é do tipo Stirling Alfa ele é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão quente é responsável pela produção do movimento mecânico decorrente da variação de pressão e vácuo interno do motor. O pistão quente é totalmente visível, extremidade em que a biela é fixa, diferentemente dos motores do tipo Gama e Beta. O pistão frio é o responsável pela compressão e descompressão do fluído de trabalho "ar ou gás" no motor.[pic 2][pic 3]

O motor Stirling Beta citado a cima é constituído por um único cilindro, de dois pistões em linha, onde o pistão interno faz o deslocamento do fluído de trabalho "ar ou gás" entre as duas câmaras "quente e fria". O segundo pistão, conhecido como pistão de trabalho, mantém suspenso o pistão deslocador, visivelmente aparente e responsável pelo trabalho do motor. Além de auxiliar no confinamento do fluído de trabalho no interior do motor.

[pic 4]

(Figura 3, Motor Beta)

O motor Stirling gama está entre o modelo mais conhecido, é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão quente (pistão deslocador) faz o deslocamento do fluído de trabalho (ar ou gás) entre a extremidade "quente e fria", suspenso por uma haste deslizante sobre buchas, pelo centro do cilindro quente e este pistão é totalmente isolado e confinado do ambiente externo. O segundo pistão, conhecido como pistão de trabalho, encontra-se separado do cilindro quente, diferentemente do Beta. Esse é responsável pelo trabalho do motor (compressão, expansão, descompressão e contração do fluído de trabalho).[pic 5][pic 6]

Materiais e Métodos

Para funcionamento do motor stirling é preciso que haja uma fonte de calor em sua base e que seja dado um pulso inicial para iniciar o giro do motor. A partir daí o motor manterá seu giro através da variação de temperatura e pressão no interior do cilindro.

           Foi confeccionado primeiramente um fornilho composto de duas latas de verniz, onde uma delas foi cortada uma pequena janela de 5x6 cm para abrigar a fonte de calor (lamparina) e um furo no lado oposto a esta janela de 3 cm de diâmetro para exalar as possíveis fumaças. Na parte inferior da lata foi feite um furo de 8 cm de diâmetro para se encaixar com a lata do pistão deslocador. A segunda lata foi cortado a 4,5 cm da parte superior (tampa), para ser acoplada (colada) através de cola de silicone de alta temperatura com a primeira lata, com a função de dar mais altura e separar a fonte de calor do fundo da lata do pistão de trabalho.

[pic 7]

(Figura 5, Fornilho)                      

Pegou-se uma lata de refrigerante de 350 ml cortada a 10 cm de altura e acoplou-se  (colou-se com cola de silicone) com a parte inferior da segunda lata de verniz  que serviu para o deposito de água em função do resfriamento, onde nesta foi feito um furo de 6,5 cm de diâmetro,  afim de passar esta lata de refrigerante de que auxiliou na confecção da câmera de ar quente .

[pic 8]

(Figura 6, Cilindro de ar quente)

           Pegou-se duas latas de refrigerante de 350 ml, onde ambas foram cortadas com um estilete  a 6 cm de altura e furadas no seu centro inferior com o auxilio de uma furadeira e uma broca de aço rápido de 2 mm. Foram abertos dois furos laterais e dois próximos ao centro na parte inferior com uma broca de 7 mm e espaçamento de 6 cm de um furo para o outro, onde foram colocadas duas mangueiras  6 cm de diâmetro e vedadas na parte interior da lata com cola de silicone de alta temperatura para evitar a fuga de ar. Na lateral das duas latas de refrigerante de 6 cm furou-se 3 furos com uma broca de 2,5 mm e fixou-se um suporte de metal em forma de L  com três parafusos, onde o mesmo serviu de apoio para o pistão deslocador frio.