Cálculos Iniciais Stirling

SERVIO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL

CENTRO DE EDUCAO PROFISSIONAL ITAQUI BACANGA

CURSO TCNICO EM MECNICA

ANDERSON THALES SILVA CARVALHO

CARLOS DANILLO LOPES

FERNANDO ALENCAR PEREIRA

LARCIO MENDES COSTA

WILKINSON SOUSA CORRA

MOTORES STIRLING: energia limpa e sustentvel

SO LUS

2013




LARCIO MENDES COSTA


MOTOR STIRLING: energia limpa e sustentvel

Trabalho de Concluso de Curso, apresentado ao Centro de Educao Profissional Itaqui Bacanga, do Curso Tcnico em Mecnica para obteno de certificado. Prof. Orientadora: Lucy Mary Silva Monteiro

SO LUS

2013

Dedicamos esse trabalho primeiramente a

Deus, por nos dar o dom do saber, aos

nossos familiares nos quais nos

espelhamos todos os dias e pr fim ao

presente grupo pela produo do

trabalho.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos em primeiro lugar a Deus que nos proporcionou as foras

necessrias para chegarmos ao fim dessa caminhada que por tantas vezes mostrou

um desafio, s nossas famlias que estiveram sempre ao nosso lado nas

dificuldades, dando todo o incentivo que foi indispensvel, tendo pacincia e dando

apoio financeiro para realizarmos o projeto.

Aos nossos instrutores que por vrios momentos se colocaram em nosso

lugar para compreender todos os obstculos, pelos conhecimentos transmitidos,

pelas lies que levaremos por toda a vida, pelo companheirismo e cumplicidade

criada entre todos ns. Em especial a professora Lucy Mary Silva Monteiro que nos

acompanhou durante todo o curso tcnico em mecnica nos oferecendo total auxlio

ao longo desse tempo.

Aos professores Walterlino Corra Sousa, Igo Henrique Arajo Almeida,

Ronald Santos Silva e Carlos Eduardo dos Santos Ramos por estarem dispostos a

ajudar na confeco desse projeto se mostrando sempre disponveis para nos

auxiliar em qualquer dvida que se revelava ao longo do caminho, exemplos de

humildade e perseverana.




LARCIO MENDES COSTA


MOTORES STIRLING: energia limpa e sustentvel

Trabalho de Concluso do Curso, apresentado ao Centro de Educao Profissional Itaqui Bacanga, do Curso Tcnico em Mecnica para obteno de certificado. Prof. Orientadora: Lucy Mary Silva Monteiro

BANCA EXAMINADORA

Jos Benedito Piedade

(Inspetor na rea de Manuteno de Locomotivas - VALE)

Prof.: Alberto Donato

(Supervisor Tcnico - SENAI CEPIB)

Prof.: Ronald Silva Santos

(Instrutor - SENAI / CEPIB)

So Lus, ____/____/____.

RESUMO

Este documento apresenta como tema o princpio de funcionamento de um motor a

combusto externa. Inicialmente, definimos seu conceito, seus elementos essenciais

e descrevendo em detalhes no processo de funcionamento. Para tal fim, pensando

em uma maneira eficiente e possivelmente renovvel de gerar energia eltrica

reproduzindo o motor Stirling. Obtivemos algumas relaes fundamentais. A primeira

relao foi a definio de rendimento de uma mquina trmica. A segunda relao

foi o clculo do rendimento para uma mquina que efetua um ciclo de Carnot.

Finalmente, atravs dessas duas relaes feito um estudo das leis da

termodinmica para traarmos o objetivo principal que gerar energia eltrica de

forma eficiente para que, futuramente em uma escala global, se utilize desta energia

em locais carentes de recursos energticos, visando utilizao de combustveis

renovveis.

Palavras-chave: Motor Stirling. Termodinmica. Energia.

ABSTRACT

This paper introduces the principle theme of running a external combustion engine.

Initially we define its concept and its essential elements and describe in detail the

process of operating it. To this end, thinking in an efficient manner and possibly to

generate renewable electricity reproducing the Stirling engine, obtained some

fundamental relationships.The first relationship was the definition of income for a

heat engine. The second relationship was the calculation of income for a machine

that performs a Carnot cycle. Finally, through these two relations we study the laws

of thermodynamics to trace the main goal is to generate electricity efficiently so that

in future on a global scale, this energy is used in places lacking energy resources,

aiming to use renewable fuels.

Keywords: Stirling Engine. Thermodynamics. Energy.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Passo a passo do Ciclo de Carnot ...................................................... 111

Figura 2 - Esquema da troca de temperatura em um sistema trmico ............. 122

Figura 3 - Expanso do ar ao ser aquecido fazendo com que o pisto realize o

trabalho .................................................................................................................. 133

Figura 4 - Grfico de trabalho das maquinas trmicas ...................................... 144

Figura 5 - Etapas do funcionamento de um motor a combusto interna ......... 155

Figura 6 - Motor de combusto externa ................................................................ 16

Figura 7 - Lata de red bull que servira para fazer o pisto deslocador .............. 19

Figura 8 - Pisto Deslocador ................................................................................ 200

Figura 9 - Camisa do pisto deslocador.............................................................. 211

Figura 10 - Sistema de arrefecimento .................................................................... 22

Figura 11 - Cabeote do motor Stirling ................................................................. 23

Figura 12 - Guia do eixo Virabrequim .................................................................. 244

Figura 13 - Eixo Virabrequim ................................................................................ 255

Figura 14 - Pisto de trabalho .............................................................................. 266

Figura 15 - As fases do trabalho de um motor a combusto externa ............... 277

Figura 16 - Grfico da realizao de trabalho no motor Stirling ....................... 277

Figura 17 - Etapas do trabalho de um motor Stirling ......................................... 277

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SUMRIO

1 INTRODUO ......................................................................................................... 9

2 MECNICA ............................................................................................................ 10

3 TERMODINMICA ................................................................................................ 11

3.1 Ciclo de carnot ............................................................................................... 11

3.2 Leis da termodinmica .................................................................................. 12

4 MQUINAS TRMICAS ........................................................................................ 13

5 MOTORES ............................................................................................................. 15

5.1 Classificao dos motores ............................................................................ 15

6 MOTOR STIRLING ................................................................................................ 17

6.1 Vantagens e desvantagens do motor stirling .............................................. 17

7 SUSTENTABILIDADE ........................................................................................... 18

8 ETAPAS DO PROCESSO DE FABRICAO DO MOTOR STIRLING ................ 19

8.1 Fabricao do pisto deslocador ................................................................. 19

8.2 Camisa do pisto deslocador ....................................................................... 20

8.3 SISTEMA DE ARREFECIMENTO ................................................................... 21

8.4 Cabeotes do motor stirling .......................................................................... 22

8.5 Guia do eixo virabrequim .............................................................................. 24

8.6 Eixo virabrequim ............................................................................................ 25

8.7 Contra peso do virabrequim ......................................................................... 25

8.8 Pisto de trabalho .......................................................................................... 26

9 ENTENDENDO O FUNCIONAMENTO DO MOTOR STIRLING ......................... 277

10 METODOLOGIA DE PESQUISA ......................................................................... 29

11 CONCLUSO ............................................................. Erro! Indicador no definido.

REFERNCIAS ......................................................................................................... 31

9

1 INTRODUO

Os motores a combusto foram inventados para melhorar os processos

de produo nas indstrias tendo em vista um melhor custo benefcio, isso se deu

em funo da Revoluo Industrial quando a competio entre as indstrias se

tornou ainda mais exigente e quem tivesse um melhor aperfeioamento da

produo, estaria sempre frente das demais empresas.

Com o desenvolvimento das indstrias e de seus equipamentos houve a

necessidade de se pensar em trabalhar de uma forma mais sustentvel, pensou-se

ento na utilizao de mquinas trmicas, pois fazem da variao de temperatura

sua fonte energtica, de forma limpa com o mnimo de poluio ao meio ambiente.

O interesse nesse trabalho veio atravs de pesquisas sobre uma forma

sustentvel de gerao de energia para as indstrias sem agredir o meio ambiente.

Com base, nesse estudo chegamos ao motor stirling que possui uma eficincia

energtica at duas vezes maior que os demais motores chegando at a 45% de

eficincia.

O objetivo dar uma alternativa para a gerao de energia, levando em

conta, critrios: como a sustentabilidade, custo benefcio, degradao do meio

ambiente e poluio. Especificamente queremos passar para a sociedade a maneira

de amenizar os crescentes sinais de que o planeta est sofrendo com a poluio

gerada pelas indstrias.

Este trabalho de concluso de curso esta estrutura da seguinte forma:

introduo onde daremos uma perspectiva sobre nossos objetivos e viso do

projeto. No decorrer do documento ter um pouco da histria dos motores e sua

evoluo com o passar dos anos, os tipos te motores e sua eficincia quanto a

gerao de energia.

Na segunda parte do projeto descrevemos sobre a termodinmica, o ciclo

de Carnot e as leis de funcionamento de uma mquina trmica, descrevemos as

tcnicas de montagem de um motor trmico em especfico do motor stirling e de

forma minuciosa explicamoso seu funcionamento e desempenho no que se refere

converso de trabalho em eletricidade.

Esperamos que esse TCC possa significar uma alternativa para as

empresas e que sirva de aprendizado para a sociedade, pois no existe

desenvolvimento sem pensarmos em uma forma sustentvel de faz-lo.

10

2 MECNICA

A mecnica formada por duas vertentes: a cinemtica que envolve

estudos descritivos a um determinado movimento e a dinmica que estuda a

conexo do movimento.

uma parte da fsica que compreende o estudo e anlise do movimento e

repouso dos corpos e sua evoluo no tempo, seus deslocamentos sob a ao das

foras e seus efeitos subsequentes sobre seu ambiente. Sabendo que a gerao de

movimento no aspecto social est ligada na impulso dos carros, quanto s

motocicletas, avies entre outros, mas, na indstria a mecnica indispensvel

desde a fabricao de uma pea ao produto final seguindo padres e normas

necessrias devido exigncia do mercado. Com isso, as empresas procuram na

mecnica a alternativa para suas respectivas fontes de energia facilitando os setores

produtivo e operacional, no que diz respeito ao funcionamento de equipamentos e

mquinas.

Com relao, a gerao de energia podemos falar que um dos principais

aliados da mecnica nesse propsito a termodinmica que utiliza a variao de

temperatura como principal meio para produo de eletricidade.

11

3 TERMODINMICA

Termodinmica o estudo das causas e efeitos das alteraes de

temperatura, presso e volume alm de outras amplitudes. Desenvolveu-se pela

necessidade de aprimorar a eficincia das mquinas a vapor, apesar de ser apenas

uma cincia de experimentos que trata das propriedades macroscpicas (visveis a

olho nu) e as escalas da matria e energia, a realizao de um trabalho

termodinmico baseado no ciclo de Carnot.

3.1 Ciclo de Carnot

Ciclo de Carnot (observar figura 1) baseia-se em duas transformaes

adiabticas (uma transformao na qual no h a troca de calor com o ambiente) e

alternadas por duas transformaes isotrmicas ( a variao de temperatura de um

sistema fechado). Sendo possvel a reverso de todas as transformaes.

Para este experimento podemos constatar que: Q1/T1 = Q2/T2 assim como

o rendimento pode ser descrito como n = 1-(Q2/Q1). Ento para o Ciclo de Carnot

temos que o rendimento funo das temperaturas absolutas das fontes quente e

fria.

N = 1-(T2/T1), este o rendimento mximo de uma mquina trmica, e

como nunca podemos ter T1 = 0 e |T2| > |T1| constatamos que uma mquina

trmica jamais ter rendimento de 1, ou seja, transformar todo o calor fornecido em

trabalho, de acordo com as leis da termodinmica.

Figura 1 - Passo a passo do Ciclo de Carnot

Fonte:

http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node43.html

12

3.2 Leis da termodinmica

As Leis da termodinmica so:

A lei zero da termodinmica determina que quando dois sistemas em

equilbrio termodinmico tem igualdade de temperatura com um terceiro sistema

tambm h equilbrio. Esta lei a base real para a medio de temperatura, no qual

estabelece que depois de um determinado tempo um sistema isolado chegar ao

estado final.

A primeira lei da termodinmica nos d o aspecto quantitativo de

processos de converso de energia e massa.

A segunda lei da termodinmica (observar figura 2) determina a

quantidade vivel de processos em um sistema fsico, referindo-se a possibilidade

de troca de energia e a ocorrncia ou no desse fenmeno na natureza.

Figura 2 - Esquema da troca de temperatura em um sistema trmico

Fonte: https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/segunda-lei-da-termodinamica-e-

o-criacionismo

A terceira lei da termodinmica estabelece que um ponto de referncia

absoluto para a determinao da entropia (Quantidade de energia trmica que no

pode mais ser transformada em trabalho), representado pelo ltimo estado de ordem

molecular de mxima e mnima energia.

As leis da termodinmica e o ciclo de Carnot serviram como base para a

criao dos motores tanto de combusto externa quanto de combusto interna.

https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/segunda-lei-da-termodinamica-e-o-criacionismohttps://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/segunda-lei-da-termodinamica-e-o-criacionismo

13

4 MQUINAS TRMICAS

Um dos equipamentos com maior rendimento no que desrespeito a

eficincia em gerao de eletricidade so as mquinas trmicas que utilizam da

variao de temperatura como sua principal fonte de trabalho. A primeira mquina

trmica foi inventado no sculo I d.C por um grego chamado Heron, porm, ela

inicialmente no foi utilizada para transformar o calor (energia trmica) em trabalho

mecnico. Foi somente no sculo XVIII que foram construdas os primeiros motores

trmicos capazes de produzir energia mecnica em escala industrial.

Esses motores criados no sculo XVIII tinham baixo desempenho e

utilizavam grandes quantidades de combustvel, mas, por volta de 1770 o inventor

escocs James Watt criou um novo modelo de mquinas trmicas de grandes

vantagens em comparao ao que j existia na poca. O funcionamento do seu

equipamento obedecia s leis da termodinmica e se tornou muito til tanto para

movimentar moinhos e bombas quanto para mover locomotivas e barcos a vapor.

Por ser extremamente econmico e ter capacidade de realizar trabalhos muito

maiores, o equipamento criado por Watt foi empregada tambm nas indstrias,

desenvolvendo ainda mais esse setor, dando incio a Revoluo Industrial do sculo

XIX.

Sobre o funcionamento de uma mquina trmica (observar figuras 3 e 4).

Entende-se que quando uma fonte de calor leva uma substncia de trabalho de um

estado de baixa temperatura para um estado de temperatura mais alto. Essa

substncia de trabalho o ar passa sua energia atravs da expanso de suas

molculas no interior da mquina acionando o sistema mecnico que pode ser um

pisto, rotor e etc. assim realizando trabalho. Durante essa expanso, a substncia

perde calor para o meio. Definindo o trabalho a partir da troca de calor.

Figura 3 - Expanso do ar ao ser aquecido fazendo com que o pisto realize o trabalho Fonte:

14

A fora que o gs aplicou no mbolo causa um deslocamento, ocorrendo

assim a realizao de trabalho.

Por ter sido o principal precursor da Revoluo Industrial desencadeando

nas produes em massa das indstrias. Nos tempos atuais, os motores trmicos

foram deixados um pouco de lado com a inveno de novos equipamentos mais

eficientes, apesar disso, ainda muito utilizada principalmente na gerao de

energia eltrica e nas caldeiras das indstrias siderrgicas. Um exemplo na

converso de energia trmica em eletricidade o motor stirling.

Figura 4 - Grfico de trabalho das mquinas trmicas Fonte:

15

5 MOTORES

No incio da Revoluo Industrial quando as grandes empresas

precisavam otimizar seus processos de fabricao, comeou um avano na

montagem de equipamentos capazes de realizar trabalhos pesados de forma mais

rpida chamados motores.

Comeou com Nicolas Lonard Sadi Carnot Frana 1824 que

estabeleceu teoria dos motores a combusto interna, e o primeiro motor foi

desenvolvido por Samuel Morey Estados Unidos, 1826. Da em diante grandes

inventores como Nicolaus Otto, Gottlieb Daimler, Wilhelm Maybach, Rudolf Diesel,

contriburam para o desenvolvimento dos motores, aumentando seu desempenho e

otimizando seu processo de funcionamento. No sculo XX como forma de elevar a

potncia dos motores, houve mudanas no desenho, nmero e disposio dos

cilindros, fazendo com que surgissem motores de at 12 cilindros.

5.1 Classificao dos motores

Existem dois tipos de motores que so:

De combusto interna que trabalham com os gases de combusto

como fluido de trabalho. So esses gases que realizam o trabalho no interior do

motor atravs da compresso (observar figura 5), queima dos gases, expanso e

exausto (Motor de Quatro Tempos).

Figura 5 - Etapas do funcionamento de um motor a combusto interna

Fonte:

http://www.pion.sbfisica.org.br/pdc/index.php/por/Multimidia/Imagens/Fisica-Termica/Motor-a-combustao-internahttp://www.pion.sbfisica.org.br/pdc/index.php/por/Multimidia/Imagens/Fisica-Termica/Motor-a-combustao-interna

16

De combusto externa que trabalham em um ciclo termodinmico na

qual o fluido de trabalho no se mistura com o ar/combustvel (observar figura 7),

sendo que o calor fornecido pela combusto transferido atravs das paredes de

um reservatrio ou caldeira.

Figura 6 - Motor de combusto externa

Fonte:

So feitos para executar trabalhos em grande escala por isso

indispensvel na indstria, pois, a maioria dos processos que esses equipamentos

so capazes de realizar, o ser humano no pode realizar, assim tornando os

processos produtivos das indstrias mais crescentes e eficientes.

Atualmente, com grande preocupao ao meio ambiente e a escassez do

petrleo, os motores a combusto externa trabalham com variao de temperatura

chamadas mquinas trmicas, vem se tornando cada vez mais evidente no cenrio

mundial, pois, alm de utilizar como combustvel qualquer material (gasolina, diesel,

biodiesel, etanol e etc.), seu grau de poluio ao meio ambiente mnimo em

relao aos demais motores.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirling

17

6 MOTOR STIRLING

A criao do primeiro motor stirling tem origem pelo pastor escocs

Roberth stirling, em 1816, com a ajuda do seu irmo que era um engenheiro, para

competir com as mquinas a vapor, apesar de no ter um rendimento to alto no seu

trabalho, por isso era apenas utilizado em pequenas tarefas.

Aps, h sua criao o motor stirling, dois anos depois, foi feito para

bombear gua em uma pedreira, da ento os irmos resolveram fazer uma

alterao no desenho do motor fazendo assim com que melhorasse a sua potncia o

suficiente para mover um maquinrio.

Esse tipo de motor parecido com uma mquina a vapor, pois, faz da

transferncia de calor sua fonte de trabalho. Funciona de forma muito silenciosa e

sem vibraes alm de utilizar como combustvel diversas fontes de calor como

biodiesel, etanol e at o prprio aquecimento solar. No esquecendo que as grandes

empresas por ser antiga e possuir baixo rendimento, vem cada vez mais ganhando

espao proporcionando assim novas normas de sustentabilidade e preservao do

meio ambiente.

Por trabalhar de forma muito eficiente chegando a quase metade da

converso de trabalho em eletricidade.

6.1 Vantagens e desvantagens do motor stirling

As maiores vantagens do motor Stirling so: baixa emisso de gases

poluentes, pois, apresenta menor ndice de poluio em relao aos motores de

combusto interna, trabalha de forma contnua permitindo uma queima mais

eficiente do combustvel com baixa vibrao e tornando o motor mais silencioso

durante o funcionamento, podendo utilizar vrios tipos de fonte energtica: gasolina,

etanol, metanol, gs natural, leo diesel e a energia solar.

As maiores desvantagens so: o motor apresenta uma dificuldade na

partida e variao da sua velocidade de rotao, complicando sua instalao em

automveis, apesar de existirem modelos hbridos (eltricos e trmicos), seu sistema

de vedao impede o vazamento do gs afetando seu desempenho e por ser uma

tecnologia pouco divulgada, se torna mais caro, tanto na fabricao quanto na sua

manuteno.

18

7 SUSTENTABILIDADE

Na atualidade com os recentes relatrios de que o meio ambiente est

sofrendo drsticas mudanas climticas em determinadas regies devido

degradao do meio ambiente. H recentes reunies das maiores potncias

mundiais para discutir uma forma de desenvolvimento sem agredir o meio ambiente,

principalmente no que diz respeito a gerao de energia, colocamos como principal

aliado dessa causa o motor stirling cada vez mais vem se tornando uma alternativa

real para gerao de uma energia limpa e sem riscos para o meio ambiente.

19

8 ETAPAS DO PROCESSO DE FABRICAO DO MOTOR STIRLING

Nos itens abaixo, descrio das etapas do processo de fabricao do

motor stirling.

8.1 Fabricao do pisto deslocador

Iniciando com a fabricao do pisto deslocador, realizando a marcao

com o paqumetro, o centro em uma das latas de Red Bull (observar figura 7), em

seguida, realizamos as medies, com auxlio de um pincel de cor azul, puno de

marcao e um martelo, fazendo o guia para o furo central.

Clculo para a realizao do furo central:

Dimetro: 53 mm

r = D/2

Raio = 26,5 mm

Aps a marcao e feito o guia, realizamos o furo utilizando uma furadeira

e uma broca de 2 mm, em seguida com o paqumetro foi medido 70 mm de altura,

cortando a lata utilizando um estilete ou uma tesoura, como opo, que ser o total

do comprimento do mesmo.

Em seguida, recortamos a tampa da lata de Red Bull para encaixar no

interior do pisto, onde deve ser vedada pelo silicone de alta temperatura, aps o

encaixe no interior do pisto deslocador, utilizar um raio inox de 2 mm, cortando 160

mm de comprimento, depois colocamos uma porca enroscada na ponta do raio e

encaixamos por dentro do pisto, aps ter feito este procedimento colocamos uma

outra porca para servir de fixao para o eixo central (observar figura 8) e por fim,

Figura 7 - Lata de redbull que servir para fazer o pisto deslocador Fonte: Autor do trabalho

20

cortar a tampa da outra lata de Red Bull e fix-la na parte superior do pisto junto

com o silicone de alta temperatura, a mesma servir para lacrar o pisto, evitando

assim a entrada de presso, concluindo o pisto deslocador do motor de stirling.

Clculo do Volume do Pisto Deslocador:

Volume do Pisto:

r Raio = 26,5 mm ou 2,65 cm

h Altura = 70 mm ou7 cm

Resultado = 154,35 cm

8.2 Camisa do pisto deslocador

Para a fabricao dacamisa do pisto (observar figura 9) necessrio

utilizar uma lata de spray com 57 mm de dimetro. Iniciamos com a marcao do

comprimento com auxlio do paqumetro no valor de 120 mm, aps a marcao

realizamos o corte com o arco de serra, aps o corte, utilizamos a parte de cima da

lata que sobrou para fazer o molde que depois ser encaixado ao cabeote do

motor, feito isso realizamos o furo lateral utilizando uma luva de20 mm que ser o

mesmo dimetro do furo, este furo deve ser feito abaixo da parte superior da camisa

do pisto proporcionalmente 30 mm, em seguido, realizamos um furo no centro da

marcao com uma broca de 2 mm, depois usamos o alicate de bico para aumentar

o furo deixando-o as sobras para que seja melhor encaixado a luva de 20mm, feito o

ajuste, encaixar a luva de cano regulando a folga junto com o silicone de alta

Figura 8 - Pisto Deslocador Fonte: Autor do trabalho

21

temperatura vedando ao redor da luva para no ter fuga de presso (30 minutos

para secar).

Clculo do Volume da Camisa do Pisto:


h Altura = 120 mm ou 12 cm


8.3 Sistema de arrefecimento

Para a montagem do sistema de arrefecimento (observar figura 10)

necessrio cortar a lata no meio com auxlio do arco de serra, feito este

procedimento utilizamosuma das etapas, utilizando aps a broca de lixar junto com a

furadeira para remover as rebarbas do metal que so encontradas aps o corte, na

parte inferior da lata fizemos um furo com dimetro de 57 mm, onde ir ser fixado na

parte exterior da camisa do pisto deslocador, este furo deve ser feito primeiramente

com pequenas marcaes formando uma circunferncia com auxlio do puno e o

martelo, aps ter feito este procedimento parte da tampa da lata sair com facilidade

mais ficar umas rebarbas que tambm devem ser retiradas com a broca de lixar

junto a furadeira. Dever tambm fazer um furo, medindo primeiramente 30 mm da

parte superior para a inferior, onde ser o centro do furo, dever ser feito com uma

broca de 2 mm, aps realizar essa atividade, fazer uma circunferncia proporcional

Figura 9 - Camisa do pisto deslocador Fonte: Autor do trabalho

22

luva de cano com 20 mm de dimetro, com auxlio do alicate de bico aumentar o furo

deixando as sobras que serviram de ponto de fixao para a luva de cano. Com uma

braadeira de ao deve envolver as sobras da lata de ervilha com a luva de cano

regulando o aperto no parafuso sem fio da braadeira, o aperto no pode ser

excessivo, deve apenas fixar os mesmos para no haver folga na hora do trabalho.

A parte inferior da lata de ervilha deve ser completamente vedada com o silicone de

alta temperatura, pois o mesmo comportar a gua que servir de resfriamento para

o motor.

Clculo do Volume do Sistema de Arrefecimento:



8.4 Cabeotes do motor stirling

A fabricao dos cabeotes do motor (observar figura 11) utilizamos duas

latas de sprayde mesmo dimetro no valor de 57 mm, o primeiro cabeote que

acoplado em cima da camisa do pisto, possui 50 mm de comprimento, para fabricar

o mesmo, primeiramente feita a marcao de 50 mm da parte inferior para a parte

superior, com o arco de serra feito o corte, realizando este procedimento remover

as rebarbas com a broca de lixar. Fazer um furo lateral com a broca de 10 mm e

fazer outro furo lateral perpendicular tambm de 10 mm, os mesmos serviram de

escape.

Figura 10 - Sistema de arrefecimento Fonte: Autor do trabalho

23

Clculo para a realizao do furo central:

Dimetro: 57 mm

r = D/2

Raio = 28,5 mm

A realizao do furo central iniciada primeiramente com a medio do

dimetro, em seguida descobrir o raio, feito este procedimento, marca o centro com

o puno de marcao, com a broca de 2 mm fazer o furo.

Finalizado o primeiro cabeote, acoplar o mesmo em cima da camisa do

pisto aplicando vrios pingos de solda de estanho nas extremidades, feito a

fixao, dever ser totalmente vedada com o silicone de alta temperatura para no

haver fuga de presso. Soldar as buchas de bronze no centro do furo e lubrificar,

para que no escape presso.

A fabricao do segundo cabeote possui os mesmos procedimentos,

mas alguns fatores so alterados, o comprimento 60 mm e deve ser acoplado

acima do primeiro cabeote, o eixo de trabalho dever ter 31 mm de curso. Assim

est finalizada os cabeotes do motor stirling.

Clculo do Volume do Primeiro cabeote:

r * h



3,14 (Constante)


Figura 11 - Cabeote do motor Stirling Fonte: Autor do trabalho

24

Clculo do Volume do Segundo cabeote:

r * h



3,14 (Constante)


8.5 Guia do eixo virabrequim

Para a fixao do eixo virabrequim no cabeote do motor, primeiro

colocamos duas chapas de metal ambas com o seu comprimento total de 100 mm,

fazer um furo na parte superior com a broca de 3 mm, onde ser o guia para o

virabrequim (observar figura 12), a lata dever ser cortada com o arco de serra com

o comprimento de 70 mm, sendo medido da parte superior para a inferior, feito este

procedimento, cortar tambm a tampa da lata para o raio no criar atrito na hora que

estiver em trabalho, para fixar as chapas de metal no cabeote primeiramente foi

feita uma marcao de 30 mm da parte superior para a inferior que ser o tamanho

da sobra das chapas para a fixao, foi preciso a aplicao de solda de estanho de

forma que as chapas fiquem bem firmes, pois qualquer folga existente afetaria

diretamente o funcionamento do motor.

Figura 12 - Guia do eixo Virabrequim Fonte: Autor do trabalho

25

8.6 Eixo virabrequim

Para a fabricao do eixo virabrequim (observar figura 13) utilizamos um

raio de bicicleta com 2.5mm de dimetro, serramos com um arco de serra a ponta do

raio na qual tinha uma rosca que era desnecessria na sua utilizao,aps o corte,

com um paqumetro fizemos a marcao de 65 mm para fazer primeira dobra,

realizado a marcao fixamos o raio em uma morsa e com um alicate realizamos a

dobra no raio, em seguida utilizando a espessura do prprio alicate fizemos a dobra

que ser a manivela do virabrequim, a dobra mede 14 mm, feito estes

procedimentos, seguindo a diante fazer a medio de 45 mm para a prxima dobra

onde fixaremos a biela do pisto de trabalho, aps marcar fizemos o mesmo

procedimento realizado nas dobras anteriores, feito isso o nosso virabrequim est

pronto.

8.7 Contra peso do virabrequim

A fabricao do contra peso do virabrequim primeiramente feito com

CDs de udio, iniciando 3 furos para a fixao com mesmo na chapa de metal

atravs de parafusos de rosca total com 5 mm de dimetro. O encaixe do contra

peso feito com um conector de luz junto ao eixo virabrequim. Este conector de luz

fixado com solda de estanho no centro da chapa de metal. Feito estes

procedimentos est pronto o contra peso do virabrequim.

RPM do Motor Stirling

710 rpm

Figura 13 - Eixo Virabrequim Fonte: Autores do trabalho

26

8.8 Pisto de trabalho

Para iniciarmos a fabricao do pisto de trabalho (observar figura 14),

primeiro fizemos a separao do material a ser utilizado que foram um joelho de pvc

com 20 mm de dimetro, uma bucha de 25 para 32 mm onde ser cortada ao meio,

outra bucha de 32 para 40 mm que tambm cortamos ao meio, e outra bucha de 40

para 50 mm onde tambm ser cortada ao meio, uma presilha e um balo de festa

que usamos para fazer o diafragma. Iniciamos colocando a primeira bucha de 25

para 32 mm no joelho e em seguida o de 32 para 40 mm, aps termos colocado os

mesmos, por cima fixamos a outra bucha de 40 para 50 mm e batemos com um

martelo para melhor fixao, em seguida colocamos uma borracha de cmara de

bicicleta ao redor da bucha de 50 mm e passamos o silicone de alta temperatura na

parte de dentro para evitarmos vazamento de presso, feito isso finalizamos a

primeira etapa.

Em seguida cortamos o balo de festa para fazer o diafragma, pegamos a

tampa de garrafa pet e furamos ela no centro para colocarmos o parafuso onde ser

fixado a biela, colocamos tambm uma borracha colada no parafuso para fazer a

vedao, feito isso iremos colocar o balo por cima do parafuso de modo que ele

seja furado e depois colocamos a outra tampa por cima e usaremos a rosca com

uma porca no parafuso para prender o balo. Em seguida colocamos o balo dos

joelhos e colocamos outra borracha de cmara de bicicleta e prendemos uma

presilha para que o ar no escape de dentro do tubo, em seguida fixamos ao

parafuso da tampa uma emenda de fios que soldamos em uma chapinha de carbono

com estanho e colocamos a biela que depois foi colocada no virabrequim, e est

pronto o motor stirling.

Figura 14 - Pisto de trabalho Fonte: Autor do trabalho

27

9 ENTENDENDO O FUNCIONAMENTO DO MOTOR STIRLING

Mesmo tendo a tecnologia que as suas concorrentes de combusto

interna, o Motor Stirling usa uma quantidade parecida de energia e idntico em

praticamente todos os aspectos (Observar figuras 15, 16 e 17). Sua eficincia vem

do que feito com essa energia, o que na prtica baseia-se em um ciclo

termodinmico que e composto de 4 fases e executado em 2 tempos, compresso

isotrmica (diminuio de temperatura dentro do sistema), aquecimento isocrico

(aquecimento do gs dentro do sistema) e consequentemente o inverso.

Motor Stirling:

Figura 15 - As fases do trabalho de um motor a combusto externa Fonte:

Figura 17 - Etapas do trabalho de um motor Stirling Fonte:

Figura 16 - Grfico da realizao de trabalho no motor Stirling Fonte:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirlinghttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirlinghttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_carnot

28

Com uma fonte de calor externa podendo ser a queima de qualquer tipo

de combustvel at com origens naturais e renovveis como a energia solar e o calor

geotrmico, a cmara interna aquecida continuamente, comeam ento as quatro

fases deste ciclo:

Na primeira parte do ciclo, a presso se eleva, forando o pisto a se

mover para a esquerda e realizar trabalho. O pisto resfriado permanece

estacionrio porque se encontra no ponto em que seu percurso muda de direo.

No estgio seguinte, ambos os pistes se movimentam. O pisto

aquecido se move para a direita e o pisto resfriado se move para cima. Isso move a

maior parte do gs atravs do regenerador e para o interior do pisto resfriado. O

regenerador um dispositivo que pode armazenar calor temporariamente. Ele pode

ser uma tela de arame que foi aquecida pela passagem dos gases.

A grande rea superficial da tela de arame absorve rapidamente a maior

parte do calor. Isso deixa pouco calor para ser removido pelas aletas de

resfriamento.

Em seguida, o pisto no cilindro resfriado comea a comprimir o gs. O

calor gerado por essa compresso removido pelas aletas de resfriamento.

Na ltima fase do ciclo, ambos os pistes se movem: o pisto resfriado

se move para baixo, enquanto o pisto aquecido se move para a esquerda. Isso

fora o gs atravs do regenerador (onde recolhe o calor que foi armazenado ali

durante o ciclo anterior) e para o interior do cilindro aquecido. Nesse ponto, o ciclo

recomea.

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10 METODOLOGIA DE PESQUISA

Para a realizao do trabalho, fizemos uma pesquisa minuciosa na

internet. Utilizando como principal meio os vdeos e artigos sobre motores geradores

de energia limpa e sustentvel, utilizamos como metodologia os seguintes aspectos:

Documentrios sobre o assunto

Investigamos o universo dos motores geradores de energia levando em

conta os critrios como desempenho, sustentabilidade, pouca poluio, menor custo

de fabricao do motor e manuteno.

Para a coleta de informaes utilizamos o computador, onde eram

anotadas todas as caractersticas de cada motor e assim fizemos seleo daquele

que atendia todas as especificaes exigidas no trabalho.

Ao coletar todas as informaes, fizemos uma reunio e analisamos o

custo benefcio de cada tipo de motor e chegamos a concluso de que o motor

stirling possui todas as especificaes tanto de desempenho quando a de no poluir

o meio ambiente.

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11 CONCLUSO

A construo para o desenvolvimento terico do nosso projeto teve como

princpio os assuntos abordados, tais como: mecnica e sua aplicao na

sociedade, termodinmica, mquinas trmicas e seu princpio de funcionamento e

principalmente do motor Stirling e todas as suas caractersticas.

Baseamos nossas pesquisas relacionando-as com os conhecimentos

tcnicos adquiridos durante todo o curso de mecnica.

Com base nos estudos desse projeto conclumos que o motor Stirling

uma alternativa de gerao de energia, sendo ela gerada de forma sustentvel e

sem degradar o meio ambiente. Os estudos feitos durante esse projeto nos mostrou

um equipamento extremamente eficiente e baixo custo.

Os resultados adquiridos com a fabricao desse projeto nos permitiu

entender o processo de funcionamento de uma mquina trmica, os princpios da

termodinmica e principalmente a eficincia na gerao de energia que um

equipamento trmico.

31

REFERNCIAS

MOTORES STIRLING. Disponvel em: . Acesso em: 30 mar. 2013.

MOTOR STIRLING BRASIL. Espao brasileiro para compartilhar informaes sobre esse motor fenomenal. Disponvel em: . Acesso em: 18 mar. 2013.

WIKIPEDIA. Termodinmica. Disponvel em: . Acesso em: 16 abr. 2013.

______. Histria do motor stirling. Disponvel em: . Acesso em: 05 fev. 2013.

______. Princpios de desempenho e funcionamento das mquinas trmicas. Disponvel em: . Acesso em: 16 abr. 2013.

YOUTUBE. Funcionamento do motor stirling. Disponvel em: . Acesso em: 20 fev. 2013.

______. Outros tipos de motores trmicos. Disponvel em: . Acesso em: 10 mar. 2013.

______. Passo a passo da montagem de um motor stirling. Disponvel em: . Acesso em: 02 mar. 2012.

COMO FUNCIONA TUDO. Princpio de funcionamento e fontes de combustvel alternativo. Disponvel em: . Acesso em: 14 mar. 2013.

http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/stirling/stirling.htmhttp://stirlingbrasil.blogspot.com.br/http://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2micahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_Stirlinghttp://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_t%C3%A9rmicahttp://www.youtube.com/watch?v=4qLPvydyJ90http://www.youtube.com/watch?v=ddEfqBssbhwhttp://www.youtube.com/watch?v=W3U1ATB7Bkohttp://ciencia.hsw.uol.com.br/motores-stirling.htm

Cálculos Iniciais Stirling

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