MOTOR STIRLING

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MOTOR STIRLING 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inconfidentes - MG 
2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MOTOR STIRLING 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inconfidentes - MG 
2019 
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MOTOR STIRLING 
 
 
 
 
Relatório apresentado ao curso de 
Engenharia de Alimentos do Instituto 
Federal do Sul de Minas - Campus 
Inconfidentes como pré-requisito para 
aprovação na disciplina de Física II. 
 
Professor:​ Marcelo Augusto dos Reis 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inconfidentes - MG 
2019 
 
 
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EQUIPE TÉCNICA 
 
 
Ellen Fernandes 
Marina Bueno Vintém 
Verônica Lauria da Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO……………………………………………………………………..5 
2. OBJETIVO………………………………………………………………………….7 
3. MATERIAIS E MÉTODOS………………………………………………………...7 
3.1 MATERIAIS…………………………………………………………………….7 
3.2 METODOLOGIA……………………………………………………………….8 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES………………………………………………..11 
5. CONCLUSÃO……………………………………………………………………..12 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………....12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Com a grande demanda energética nos dias de hoje vemos a necessidade 
de fontes de geração de energia que tenham alta eficiência e geram pouca poluição, 
e que ainda sejam flexíveis quanto ao combustível utilizado. O motor Stirling é um 
mecanismo de transformação de energia térmica em mecânica bem versátil quanto 
a combustível, pois ele é um motor de combustão externa e precisa apenas de uma 
fonte de calor, que pode ser uma combustão, energia solar concentrada ou fluido 
quente de algum processo. Do ponto de vista ambiental ele é bem aceito devido às 
suas próprias características de funcionamento​ ​(FURTADO; NOVENTA, 2014). 
Em 1816, o engenheiro escocês Robert Stirling (1790 –1878) criou um 
modelo de um motor que utilizava um determinado volume de um gás qualquer, que 
aquecido externamente, era forçado a entrar numa câmara de volume maior que o 
inicial, onde o gás podia expandir-se livremente. Ele chamava o motor de “motor de 
ar” porque as máquinas a vapor de sua época podiam frequentemente explodir, 
matando ou mutilando pessoas que, por azar, estivessem nas proximidades. Os 
motores Stirling não poderiam explodir, e produziam mais potência do que as 
máquinas a vapor então em uso (FERNANDES, 2010). 
A patente original n° 4081 de 1816 tinha o obscuro título: “Improvements for 
Diminishing the Consumption of Fuel, and in Particular an Engine Capable of Being 
Applied to the Moving (of) Machinery on a Principle Entirely New – Melhora para 
Redução do Consumo de Combustível, e em Particular um Motor Capaz de ser 
Aplicado ao Movimento de Máquina com um Princípio Completamente Novo”.Nesta 
patente, Robert Stirling não apenas descrevia a construção e o uso do regenerador 
pela primeira vez na história, como também prevê as suas principais aplicações, 
como para fornos de vidros ou para fusão de metais. Também está incluída uma 
descrição do primeiro motor de ciclo fechado, como o apresentado na Figura 1 
(BARROS, 2005). 
 
 
 
 
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Figura 1:​ Motor feito por Robert Stirling 
 
Fonte:​ Cruz,2012 
 
Neste motor, calor é gerado pela queima de um combustível em uma 
fornalha, os gases da combustão passavam pó B, F e sai em uma chaminé em A 
(Figura 1). Em F, está posicionado a parte quente do motor Stirling. O pistão de 
deslocamento C, é o responsável por deslocar o fluido de trabalho do espaço de 
expansão para o de compressão. O pistão D é o de trabalho. Com o aquecimento 
do fluido de trabalho na parte quente do motor (espaço de expansão) e resfriamento 
na parte fria (espaço de compressão), e com um mecanismo para sincronizar o 
movimento destes pistões,havia o funcionamento do motor (BARROS, 2005). 
Em 1873, o motor stirling foi usado para refrigeração e/ou aquecimento, 
absorvendo calor no estágio de compressão e liberando trabalho ou mais calor na 
fase de expansão. Nesta época foram criados alguns protótipos com base no ciclo 
Stirling. Mas o projeto Stirling foi efetivamente usado em refrigeração, no séc. 20. 
Em breve espera-se que os motores de combustão interna que trabalham com a 
queima de alguns derivados de petróleo na forma líquida entrem em desuso, devido 
à viabilização do ciclo Stirling e outros ciclos (FERNANDES, 2010). 
Em 1970 e 1980 várias pesquisas foram realizadas sobre utilização de 
motores Stirling em automóveis por empresas como General Motors e Ford. A 
principal desvantagem é a tendência que o motor Stirling tem de trabalhar com 
potência constante e isto não é ideal para automóveis. Mas esta característica é 
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perfeita para aplicações tais como bombeamento de água. Estudos sobre os 
motores de alta temperatura foram amplamente relatados. Na maioria dos modelos, 
os motores operam com temperaturas de aquecimento e resfriamento em torno de 
923 K a 338 K respectivamente. O limite térmico de operação dos motores de alta 
temperatura depende do material usado na sua construção. A eficiência desses 
motores é entre 30 e 40% numa faixa de temperatura típica de 923-1073 K e 
velocidade de operação entre 2000 a 4000 rpm (CRUZ, 2012). 
 
 
2. OBJETIVO 
 
O objetivo desse experimento, foi a construção artesanal de um motor stirling, 
fazendo assim com que ele realize a sua função. 
 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS 
 
● Abridor de lata; 
● Água gelada; 
● Agulha; 
● Alicate; 
● Arruelas; 
● Bexiga; 
● Bombril; 
● Broca de ferro; 
● Canudo; 
● CD’s; 
● Chave Philips; 
● Clipes grandes; 
● Cola branca; 
● Cola epóxi; 
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● Cola quente; 
● Conectores de chuveiro (25 e 30 amperes); 
● Elásticos; 
● Estilete; 
● Furadeira; 
● Garrafa de 500ml; 
● Latas de alumínio; 
● Lata de atum; 
● Lata de leite em pó; 
● Linha de pesca (nº 5); 
● Lixa; 
● Régua; 
● Tesoura; 
● Vela. 
 
3.2 METODOLOGIA 
 
Inicialmente montou-se a câmara do motor, que é a junção da lata de 
alumínio com a lata de atum. Com o auxílio do abridor de lata, retirou-se a tampa 
superior da lata de alumínio e com o alicate retirou-se as rebarbas. Para cortar a 
lata de atum, utilizou-se o estilete para fazer o corte em círculo com mais precisão e 
com o alicate fez-se os ajustes das rebarbas. O topo da lata de atum fica no começo 
da dobra da lata de alumínio e o encaixe é justo. Para vedar utilizou-se cola epóxi. 
Em seguida, para fazer a roda, colou-se com cola branca 2 CD’s e depois de 
seco, colou-se com cola quente duas arruelas, uma de cada lado dos CD’s. 
Pegou-se o conector de 30 amperes e retirou-se duas peças de metal, retirou-se um 
dos parafusos de cada uma das peças e com cola quente aderiu-se uma das peças 
no centro das arruelas deixando o lado que tem parafuso um pouco deslocado para 
cima, poisele será apertado. Guardou-se a outra peça de metal junto da roda para 
ainda ser utilizada. 
Para fazer o pistão, abriu-se o bombril até que ficasse bem ralo, cortou-se 
uma faixa de 5cm e a enrolou na ponta do canudo. Abriu-se o clipe com o alicate até 
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que ficasse reto, fez-se uma argola na ponta, marcou-se 5cm a partir dela para 
entortar e fazer uma espiral. Essa peça vai no meio do bombril ocupando o lugar do 
canudo. Amarrou-se o a corda de pesca na argola do clipe deixando sobrar uns 
20cm. Colocou-se o pistão dentro da lata de alumínio com cuidado e certificou-se 
que ele movimenta livre. 
Já para o outro pistão, cortou-se o gargalo da garrafa e lixou-se. Colocou-se 
uma arruela na tampa para marcar um furo no meio e outros dois pontos nas 
extremidades. Furou-se o ponto do centro com uma agulha e passou-se a linha de 
pesca bem justa e sem atrito, e os outros dois furos foram feitos mais largos para 
passar o clipe. Abriu-se o clipe e o entortou em formato de U para que encaixasse 
nos furos da tampa. Retirou-se a rosca, encaixou-se o clipe nos furos e vedou-se 
com cola quente se atentando para não tampar o furo central. Em seguida cortou-se 
a bexiga um pouco abaixo do “pescoço” e 5mm do outro lado. Encaixou-se a rosca 
da garrafa na bexiga passando primeiro o corte maior e depois o corte menor, 
vedou-se com elástico e logo após tampar, passou-se a linha de pesca que está 
presa no pistão de dentro para fora do gargalo da garrafa. Encaixou-se o outro lado 
da bexiga na lata de alumínio, deixando a tampa centralizada e a bexiga bem 
esticada, e vedou-se com elástico novamente. 
Logo após, para fazer o virabrequim, uma peça similar a uma manivela, 
retirou-se três peças de metal do conector de 25 amperes, retirou-se também um 
dos parafusos de cada uma das peças e fez-se um furo com o auxílio da furadeira e 
da broca de 2mm a 90° do parafuso. Esticou-se o clipe numa régua e marcou-se 
alguns pontos para que possa dobrá-lo nas medidas exatas e encaixar os 
conectores nos lugares correspondentes. 
Posteriormente, preparou-se a outra lata de alumínio retirando a parte 
superior com o abridor e fazendo o acabamento das rebarbas com o alicate. Fez-se 
dois furos a 2cm do topo da lata, um de cada lado e traçou-se uma linha entre os 
furos, a partir da linha foi marcado um ponto a 6 cm abaixo e desenhou-se também 
um círculo, onde as limitações eram a linha entre os furos e o ponto marcado a 6cm 
abaixo. Cortou-se o círculo com o auxílio do estilete e cortou-se também o fundo da 
lata. 
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O próximo passo é furar a lata de leite em pó. Furou-se toda a lata com a 
furadeira para permitir bastante ventilação, primeiramente com uma broca de 4mm, 
depois com uma broca de 6mm e para finalizar com uma broca de 10mm. 
Na montagem, encaixou-se o virabrequim na lata de alumínio na qual 
abriu-se um círculo, uma ponta em cada furo e com os parafusos das peças de 
metal virados todos para baixo e para fora. Em uma ponta, prendeu-se a roda feita 
com os CD’s e na outra ponta a peça de metal para ficar bastante firme. Os 
parafusos foram apertados. Depois disso, inseriu-se a lata que está o virabrequim 
sobre a lata que está fechada com a bexiga, as duas pontas do clipe foram 
parafusadas nas peças de metal das extremidades do virabrequim e a corda de 
pesca parafusada na peça central depois de ser bem esticada. Colocou-se água 
gelada na lata de atum e a vela acesa dentro da lata de leite em pó, junto com todo 
o sistema superior. O projeto final está demonstrado na Figura 2. 
 
Figura 2:​ Projeto final do Motor Stirling 
 
Fonte:​ Autoral 
 
 
 
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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
O motor de Stirling ​pode ser considerado muito simples, consistindo 
basicamente em duas câmaras com temperaturas diferentes. A dilatação do ar 
nessas câmaras move um êmbolo, gerando trabalho mecânico. Como não há 
emissões de poluentes por parte da substância de trabalho (gases ou o ar 
atmosférico), os motores de Stirling são considerados de ciclo fechado. 
Comparados com os motores de combustão interna (como aqueles que 
movem os carros a gasolina) o motor de Stirling apresenta uma eficiência mais alta, 
atingindo 45% de eficiência energética, muito além dos 20% a 30% atingidos por 
outros tipos de motores, como os motores movidos a óleo diesel ou gasolina. 
Os motores de Stirling funcionam por meio do Ciclo Stirling: um ciclo 
termodinâmico reversível e cíclico que apresenta quatro tempos de funcionamento. 
Na figura a seguir, o diagrama P-V (Pressão x Volume) representa o 
funcionamento do ciclo Stirling: 
 
 
Figura 2:​ ​Diagrama P-V (Pressão x Volume) 
 
 
O número 1 é onde está acontecendo a expansão isotérmica, processo em 
que o ar presente no motor sofre uma expansão aproximadamente isotérmica, 
absorvendo calor de fontes externas (queima de carvão, velas etc.). O que acontece 
no número 2 é o Resfriamento isovolumétrico, o ar presente no motor transfere calor 
para o meio externo, mantendo-se a volume constante. Na Compressão isotérmica, 
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que é o número 3, ocorre um processo em que o ar contido dentro do cilindro do 
motor é contraído e sua pressão aumenta grandemente, em um processo que 
ocorre em temperatura constante. E por último, no número 4, o Aquecimento 
isovolumétrico, esse último processo ocorre a volume constante e envolve 
transferência de calor da fonte quente para o ar contido dentro do cilindro do motor. 
Os motores baseados no ciclo de Stirling apresentam algumas vantagens 
como por exemplo o alto rendimento, geram poucas vibrações, ou seja, são 
silenciosos, são pouco poluentes e podem utilizar qualquer fonte de calor. 
Apresentam também algumas desvantagens como um custo de fabricação mais 
elevado, o sistema de vedação do gás utilizado nas câmaras é de difícil controle e 
Mudar a velocidade de rotação desse tipo de motor é um processo complexo. 
5. CONCLUSÃO 
 
Ao terminar a montagem do motor de Stirling e conseguir fazer-lo rodar 
concluiu-se que a prática atingiu seu objetivo. ​Ao ser utilizada a latinha, que 
funciona como um pistão deslocador, esta é movimentada para cima e o ar que 
estava na parte fria do cilindro é deslocado para baixo, indo para a parte mais 
quente. O ar é aquecido quando entra em contato com as paredes aquecidas e a 
pressão dentro do cilindro aumenta. O pistão de trabalho é empurrado para cima, 
fazendo o conjunto de manivelas girar e rodar o disco. 
 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] BARROS, Robledo W. Avaliação Teórica e Experimental do Motor Stirling 
Modelo Solo 161 Operando com Diferentes Combustíveis. Dissertação de mestrado. 
Universidade Federal de Itajubá. 2005. 
 
[2] CRUZ, Vinícius G. Desenvolvimento Experimental de um Motor Stirling Tipo 
Gama. Dissertação de mestrado. Universidade Federal da Paraíba. 2012. 
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[3] FERNANDES, B.L.; SOUSA,R.P. Motor Stirling. Centro Universitário Salesiano 
Campinas. Campinas. 2010 
 
[4] FURTADO, Gilberson Neves; NOVENTA, Mikael Martins. ​PROJETO DE UM 
MOTOR STIRLING DIDÁTICO E ANÁLISE DE RESULTADOS. ​2014. 59 f. TCC 
(Graduação) - Curso de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do EspÍrito 
Santo Centro de TecnolÓgico Departamento de Engenharia Mecânica, Vitória, 2014. 
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