RESUMO EXPANDIDO MOTOR (2)

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DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL DE UM
MOTOR STIRLING TIPO GAMA
RESUMO
No presente trabalho foi realizado pesquisas e construção de um motor Stirling caseiro que se baseia na expansão e contração do ar em um ciclo termodinâmico. Continuamente são realizados Atualmente vem sendo realizados estudos para melhorar o desempenho dos motores ampliando suas buscando novas aplicações e melhor aproveitamento das energias para o seu uso. O projeto desenvolvido pelo grupo é construir um protótipo de motor Stirling constituído por materiais simples e de reaproveitamento, demonstrando seu funcionamento e capacidade produtiva em relação aos motores à combustão interna. 
Palavras chaves: Motor Stirling. Termodinâmica. Protótipo.
1 INTRODUÇÃO
O projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um protótipo de motor Stirling e a descrição do processo de produção dele e dos princípios do mesmo.
O trabalho se justifica pela importância do estudo desse motor; Sua criação veio no início do século XIX, após muitos acidentes pelas máquinas a vapor, causando mortes nas indústrias metalúrgicas causadas pela fraca tecnologia da época. Após esses fatos, Robert Stirling juntamente com seu irmão aperfeiçoaram e recriaram o então chamado motor Stirling.
Na teoria o motor Stirling é uma máquina térmica bem eficiente. Alguns dos protótipos construídos nas décadas de 50 e 60 chegaram a índices de eficiência de 45%, superando os motores a gasolina ou diesel que possuem uma eficiência entre 20% a 30% (SCHULZ, 2009).
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A tecnologia dos motores Stirling é antiga e foi desenvolvida pelo escocês Robert Stirling em 1816, antes dos motores de combustão interna. Desde então, vários motores com base em sua invenção foram construídos em muitos formas e tamanhos (ÇINAR, 2004).
Esses motores foram desenvolvidos em várias configurações ao longo dos anos, e metodologias diferentes também foram usadas para fins de análise e comparação entre os mesmos, e com isso foi constatado que o motor Stirling é mais eficiente do que os outros (SHENDAGE et al., 2010).
Os motores de Stirling podem ser aplicados nos refrigeradores, pois podem funcionar de modo inverso, não dando energia calorífica e sim aplicar trabalho ao motor produzindo a diferença de temperaturas. Encontrado como exemplo nos frigoríficos (GUILHERME, et al., 2011).
Também pode ser encontrado seu uso em submarinos por terem um funcionamento silencioso e sem vibrações e pelo fato de poder passar dias e até semanas de baixo de água. Outra aplicação de seu uso é em geradores de eletricidade em iates (GUILHERME, et al., 2011).
2. 1 PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS
Um motor Stirling se diferencia bastante se comparado aos de combustão interna. O fluído de trabalho (ar, hélio ou hidrogênio) contido no interior do motor tem massa fixa, diferentemente de outros tipos de motores. Através do aquecimento e resfriamento dos trocadores de calor quente e frio, respectivamente, ocorre a expansão e contração do gás de trabalho que se movimenta do lado frio para o quente devido ao movimento do pistão de potência e pistão deslocador (ÇINAR, 2004).
Esta mudança de temperatura do gás de trabalho causa uma variação de pressão decorrente da expansão e contração do mesmo, gerando uma força que é refletida no eixo através do movimento do pistão de potência. 
O princípio de funcionamento do motor Stirling é baseado em ciclo fechado, ou seja, o gás de trabalho é mantido dentro do cilindro onde feita a troca de calor do gás pela fonte fria e fonte quente (DA CRUZ, 2012).
2.2 CICLO TERMODINÂMICO (ETAPAS E CARACTERÍSTICAS)
O Motor Stirling é constituído por duas câmaras de diferentes temperaturas que aquecem e resfriam um gás de forma alternada, provocando expansão e contração cíclicas, o que faz movimentar dois êmbolos ligados a um eixo comum. Este tipo de motor funciona com um ciclo termodinâmico composto por 4 fases (duas isométricas e duas isocóricas) e executado em 2 tempos do pistão. Cada fase do ciclo corresponde a uma transformação termodinâmica (processo) do fluido de trabalho (gás) (GRUPO MOTOR DE STIRLING, 2018).
A figura a seguir representa o funcionamento do ciclo Stirling, com suas respectivas fases:
Figura 1: Ciclo Stirling
Fonte: http://tede.biblioteca.ufpb.br/bitstream/tede/5341/1/arquivototal.pdf
1 a 2: Compressão isotérmica (há rejeição de calor);
2 a 3: O calor é transferido ao fluido de trabalho a volume constante;
3 a 4: Expansão isotérmica (há transferência de calor ao fluido de trabalho);
4 a 1: O calor é rejeitado a volume constante (DA CRUZ, 2012).
2.2.1 Aquecimento Isocórico (fase 2 a 3)
Ocorre o aquecimento do gás a volume constante, aumentando assim a temperatura de TC para TH. O êmbolo ao se deslocar transfere o gás que se encontra no pólo frio para o pólo quente. Sendo o gás aquecido pela fonte de calor, a pressão deste aumenta, sem que haja variação no volume durante o aumento de pressão. (DA CRUZ, 2012)
2.2.2 Expansão Isotérmica (fase 3 a 4)
Ocorre uma expansão a temperatura constante TH, aumentando assim o volume de Vm para VM, durante a qual o gás realiza trabalho. Devido à pressão acrescida no gás, este vai empurrar o pistão realizando assim, o trabalho para o exterior enquanto absorve calor da fonte quente. (DA CRUZ, 2012)
2.2.3 Arrefecimento Isocórico (fase 4 a 1)
Ocorre o arrefecimento do gás a volume constante, aumentando assim a temperatura de TH para TC. O êmbolo deslocador transfere agora o gás que se encontra no pólo quente para o pólo frio. Visto que o gás é agora arrefecido pelo sistema de arrefecimento, a pressão diminui sem que se verifique, no entanto, variação no volume durante a diminuição da pressão. (DA CRUZ, 2012) 
2.2.3 Compressão Isotérmica (fase 1 a 2)
Ocorre a compressão a temperatura constante TC, diminuindo assim o volume de VM para Vm, durante a qual o exterior realiza trabalhos sobre o gás. Estando o gás agora, a uma pressão inferior, o pistão vai ser empurrado pelo ar exterior sofrendo por isso trabalho, enquanto dissipa calor pelo exterior (DA CRUZ, 2012).
As vantagens dos motores Stirling são as seguintes: pouco poluente ao contrário da maioria dos motores, pode ser alimentado por diversos combustíveis, trabalha de forma silenciosa, tem baixo desgaste interno, baixo consumo de lubrificantes e permite ter uma boa adaptação. (GRUPO MOTOR DE STIRLING, 2018)
As desvantagens encontradas pelo motor Stirling são as seguintes: elevado custo por causa da maioria dos seus materiais serem específicos, seu sistema de vedação, pois os motores Stirling precisam de uma boa vedação de suas câmaras para evitar a contaminação dos lubrificantes e também quanto maior a pressão utilizada no trabalho maior se torna a dificuldade de vedação do motor, sua dificuldade na partida do motor e a variação de velocidade na sua rotação. (GRUPO MOTOR DE STIRLING, 2018)
3 METODOLOGIA
 
Para delinear a pesquisa, os métodos de abordagens utilizados nesse estudo foram abordagem dedutiva e qualitativa, porque o estudo partiu da pesquisa sobre o motor e seus benefícios. Quanto aos procedimentos, o estudo se classifica em pesquisa bibliográfica, descritiva e estudo de caso pelo fato de que, nesse estudo, foram feitas pesquisas bibliográficas elaboradas através de obras, artigos disponíveis na internet, e na biblioteca digital da SETREM. Com a pesquisa, foi possível obter um embasamento teórico para realizar a descrição do motor e seu processo produtivo.
A coleta de dados se deu por meio da observação e registro fotográfico. Pois foi observado a produção de outros motores de exemplo e com isso, foi realizado a construção registrada por fotos. Enquanto que a análise de dados foi feita por meio da análise de conteúdo, devido produção do motor cuidando as etapas necessárias para a realização do funcionamento.
 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Para a prototipagem do motor stirling utilizou-se os seguintes materiais:
Quadro 1: materiais e seus valores para a construção do motor
	MATERIAL
	QUANTIDADE
	VALOR (R$)
	Cola de silicone de altatemperatura
	1
	7,50
	Lata de cerveja 
	4
	0
	Lata de refrigerante
	2
	0
	Arames
	1 rolo
	0
	Conector de luz de 6mm
	5
	0
	Balão
	1
	0,80
	Litro de água mineral
	1
	0
	Fio de nylon
	1 rolo
	0
	CD
	2
	0
	Cola
	100g
	0
	Bombril
	15g
	0
	Vela
	1
	0
Fonte: os autores (2020)
Ferramentas utilizadas:
· Tesoura;
· Furadeira;
· Morsa;
· Alicate de corte;
· Chave de fenda;
· Abridor de lata.
2.3 CONSTRUÇÃO E MONTAGEM
Para a construção do protótipo o grupo pesquisou no site youtube.com, procurando por algum tutorial que fosse de fácil entendimento, demonstrando a montagem, funcionamento, com materiais acessíveis e de fácil aquisição. Feito isso, escolhemos o modelo e fizemos um levantamento do que seria preciso para construção do motor.
Escolhemos um tutoriais e seguimos alguns dos passos demonstrados nas respectivas fontes para a construção do protótipo, foi realizado 3 motores mas nenhum funcionou: https://www.youtube.com/watch?v=egNrHP6pMUo
Primeiramente, juntamos as latinhas de cerveja e os materiais mostrados na figura seguinte:
Figura 2: materiais 
Fonte: os autores (2020)
Em seguida, começamos a construir nosso motor, primeiramente, usamos uma tampa de litro de água e 1 clips para fazer esse pistão onde depois é colocado o balão conectando na lata:
Figura 3: pistão
Fonte: os autores (2020)
Depois, construímos o volante com 2 CD, cola quente e conector de luz, após isso, foi produzido a câmera do motor com 1 lata de cerveja, 1 lata de queijo e cola de silicone de alta temperatura. Seguidamente construímos o pistão de Bombril com mais um clips e fio de nylon, e depois também foi produzido o virabrequim com mais 1 clips e conectores de luz, para isso, usou 3 conectores e cada um passou por uma furação com furadeira. 
Após isso, foi montado o motor, primeiramente foi colocado o balão na tampa de litro com o pistão de Bombril dentro da lata e conectado esse balão na lata vedando com um elástico de dinheiro, segundamente foi fixado mais uma lata de cerveja para a parte superior do motor com o volante e o virabrequim dentro, e depois é conectado os conectores de luz e o fio de nylon no pistão.
Em seguida, pegou-se uma lata e foi realizado vários furos para a passagem de ar, essa peça é onde encontra-se a vela e aonde foi encaixado o motor para aquecer ele. Segue uma imagem da peça:
Figura 4: aquecedor do motor
Fonte: os autores (2020)
 Depois do motor pronto e deixado secar a cola por mais ou menos 1 hora, foi adicionado agua gelada na lata para o resfriamento do motor, e ligado a vela para o aquecimento do mesmo, esperado um tempo, foi girado o volante mas ele não funcionou, segue figuras do motor pronto:
Figura 5: motor 1
Fonte: os autores (2020)
Posteriormente decidimos mudar toda a estrutura do motor utilizando outras duas latas de cerveja e utilizando como câmera fria uma lata de cerveja também, a estrutura de dentro foi a mesma, porem também não funcionou, segue a figura do motor pronto:
Figura 5: motor 2
Fonte: os autores (2020)
Na terceira tentativa foi utilizados mais 2 latas de refrigerante para a estrutura do motor e mais uma lata de atum para a câmera do motor, mas ainda não funcionou conforme a figura:
Figura 6: motor 3
Fonte: os autores (2020)
5 CONCLUSÃO
Com as três tentativas finalizadas observou-se que o objetivo principal não foi alcançado pois os motores não obtiveram êxito funcionaram, porém, a realização da pesquisa e da montagem do motor trouxa trouxe experiências para a formação acadêmica e profissional. 
Não obteve-se uma conclusão exata do qual o motivo do não funcionamento do motor, podendo ser por falta de calor/perda térmica ou algum erro de montagem nas partes principais do motor.
Para um trabalho futuro ou nova tentativa de construção sugere-se construir/estudar um passo a passo mais detalhado procurando usar técnicas ou materiais diferentes dos usados nas tentativas desse projeto.
 
1. BIBLIOGRAFIA
DA CRUZ, VINÍCIUS GUIMARÃES. 2012. Desenvolvimento experimental de um motor Stirling tipo Gama. Universidade Federal da Paraíba. [Online] Setembro de 2012. http://tede.biblioteca.ufpb.br/bitstream/tede/5341/1/arquivototal.pdf.
GRUPO MOTOR DE STIRLING. 2015. Fundamentação teórica. Motor de Stirling. [Online] 2015. https://motorstirling.wordpress.com/fundamentacao-teorica-2/.
GUILHERME, MIGUEL e JORGE. 2011. Funcionamento básico & tipos de motor. Motor Stirling solar. [Online] 2011. http://motor-stirling-solar.blogspot.com.br/p/funcionamento-basico.html.
SCHULZ, Daniel. 2009. Ciclo de Stirling. UFRGS. [Online] 2009. http://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/ciclo_stirling.htm.
ÇINAR C. 2005. Beta-type Stirling engine operating at armospheric pressure. Applied Energy, v. 81, p. 351-357. 
SHENDAGE, D. 2010. An analysis of beta type Stirling engine with rhombic drive mechanism. Renewable Enervy, v. 36, p. 289-297.