Relatorio Motor Stirling - Termodinamica
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Transcript of Relatorio Motor Stirling - Termodinamica
SumárioIntrodução....................................................................................................................................2
Objetivos......................................................................................................................................3
Material Utilizado.........................................................................................................................4
Metodologia.................................................................................................................................5
Construindo o cilindro do Pistão de Trabalho..........................................................................5
Cilindro:................................................................................................................................5
Buchas para o pistão deslocador..........................................................................................7
Bucha com moeda de 5 centavos.........................................................................................8
Dicas sobre a solda:..............................................................................................................9
Fugas de Ar e atrito............................................................................................................10
Forno..................................................................................................................................10
Virabrequim com o Raio.....................................................................................................10
Pistão de trabalho..............................................................................................................11
Volante...............................................................................................................................11
Conectores de Fios Elétricos...............................................................................................12
Resultados obtidos.....................................................................................................................13
Como funciona um motor......................................................................................................14
Água:..................................................................................................................................14
Conclusão...................................................................................................................................16
Bibliografia.................................................................................................................................17
Anexo 1......................................................................................................................................18
Introdução
Neste relatório esta a apresentação teórica da atividade apresentada pelo nosso grupo,
onde apresentamos o Motor Stirling Gama de combustão externa. Este motor está entre
o modelo mais conhecido, é constituído por dois cilindros independentes, onde o pistão
quente faz o deslocamento do fluído de trabalho (ar ou gás) entre a extremidade "quente
e fria", suspenso por uma haste deslizantes sobre buchas, pelo centro do cilindro quente
e este pistão é totalmente escondido pelo o cilindro quente.
O segundo pistão, conhecido como pistão de trabalho, encontra-se separado do cilindro
quente, diferentemente do motor Beta. Esse é responsável pelo trabalho do motor
(compressão, expansão, descompressão e contração do fluído de trabalho).
Objetivos
O objetivo desta apresentação foi construir na pratica um motor de combustão externa
cujo o ciclo é denominado Stirling, onde o mesmo foi estudado em sala de aula
juntamente com outros ciclos como por exemplo; Stirling, Diesel, Otto, Joule e Carnot.
Construir motor cujo o Ciclo Seja Stirling,
Apresentar na Semana da engenharia,
Acompanhar na prática o aprendizado em sala de aula,
Entregar relatório da apresentação.
Material Utilizado
O motor foi construído Através de materiais totalmente recicláveis, e estes materiais
são:
4 latas de inseticidas, ou óleo desengripante, ou bom ar (57 mm de diâmetro);
1 lata de ervilha ou milho, para depósito de água, (73mm de diâmetro);
1 lata de pêssego, para fazer o forno (102 mm de Diâmetro);
1 lata de Red Bull (250ml) ou desodorante Axe, para o pistão deslocador (53mm de
Diâmetro);
1 outra lata de Red Bull, para tampa do pistão deslocador (53mm de Diâmetro ou de
250ml);
1 luva de PVC de 20, na cor marrom, cortadas na metade de seu comprimento original,;
1 cotovelo de PVC 20, na cor marrom;
1 redutor de PVC de 32mm para 25mm;
1 redutor de PVC de 40mm para 32mm;
1 redutor de PVC de 50mm para 40mm;
2 raios inox de bicicleta de 2 mm, para o pistão deslocador, utilizando a porca do raio
cortada ao meio;
1 raio de guarda chuva, para a biela do pistão deslocador, pelo fato de ser mais fino e
leve. Mas também pode substituir por um raio de bicicleta de 2 mm;
2 raios inox de bicicletas de 2,5 mm, para o virabrequim e a biela do pistão de trabalho;
5 CD para fazer o volante;
1 braçadeira para o pistão de trabalho;
1 balão surpresa número 10" ou 8", são mais resistentes que os tradicionais;
2 botões de volume de rádio, para fazer o pistão externo, ou pode ser substituídos por
duas tampas de produto de limpeza com diâmetro de 35 mm;
2 bucha de bronzina encontradas em toca fitas, por onde o pistão deslocador escorrega,
ou substituídos por duas moedas de cinco centavos, furado com uma broca de 2 mm;
8 conectores de fio de luz para fixar os raios e ter regulagem ;
1 bisnaga de cola de silicone de alta temperatura;
1 soldador de estanho e solda do mesmo.
Metodologia
Construindo o cilindro do Pistão de Trabalho
Cilindro:
a lata externa (cilindro) é de spray desengripante, de bom ar ou de inseticida, outra
opção é a lata de Coca Cola Burn.
Medidas: 57 mm de diâmetro e 120 mm de comprimento (medida externa já cortada).
Curso:
O curso total (movimento de vai e vem) do pistão deslocador é de 28 mm e deve haver,
no máximo, 3 mm de folga em cada extremidade do cilindro. Ex: 2 mm de folga
do cabeçote + 70 mm comprimento do pistão + 28 mm de curso total do pistão + 2 mm
de folga antes do pistão chegar ao fundo do cilindro, num de total = 102 mm. Essa
medida é o espaço interno do cilindro. Recomenda-se + 18 mm de borda para o encaixe
do cabeçote na parte superior do cilindro. Assim, a medida externa do cilindro resulta
120 mm de comprimento total.
A posição do furo:
o centro do furo no cilindro, onde a luva é colada, é localizado a uma distância de 30
mm de cima para baixo ou 90 mm de baixo para cima.
Isso não é crítico, mas tenha cuidado para que o cabeçote não tampe esse furo .
Cuidados ao montar:
o pistão deslocador deve ficar suspenso dentro do cilindro, sem tocar em parte
alguma, sendo que recomenda-se que exista uma folga de 2 mm entre a periferia do
pistão e as paredes internas do cilindro .
Cada cabeçote do cilindro do motor pode variar entre 5 a 6 cm de comprimento. Deste
modo, a distância entre as buchas é de aproximadamente 5 cm após o encaixe.
Medida:
o comprimento total da lata onde está fixo suporte do virabrequim, desde o inicio da lata
até a altura do centro do eixo (virabrequim) é 13,5 cm.
Bielas:
são cortadas após a conclusão da fabricação do motor, pois o comprimento varia
conforme a construção de cada motor.
Buchas para o pistão deslocador
Onde encontra?
Essa bucha de bronzina, pode ser encontrada em toca-fitas auto-reverse (de carro). pode
ser vista a posição onde tal bucha se localiza no mecanismo.
ATENÇÃO! Caso tenha dificuldades para a aquisição desta bucha, ela pode ser
substituída por uma moeda de 5 centavos revestida em cobre, na cor dourada.
Bucha com moeda de 5 centavos
Procedimento: inicialmente faça um furo de 1,5 mm no centro da moeda e, em seguida
com uma broca de 2 mm. Depois, teste se o raio (haste do pistão deslocador) desliza
livremente pela moeda, mas sem folgas, para evitar fugas de ar e garantir o bom
funcionamento do motor
Dica para soldar moeda de 5centavos:
A região onde é feita a solda, deve ser lixada e limpa. Evitem colocar os dedos sobre a
região lixada, pois a gordura natural dos dedos, pode atrapalhar a fixação da solda. Ao
soldar, siga os seguintes passos: aqueça um pouco a bucha, retire o soldador da peça,
coloque o estanho no soldador, ponha o soldador sobre a parte lixada, espalhando o
estanho e, se necessário, adicione mais estanho até concluir a solda. Por fim, espere até
esfriar.
Teste da solda: para certificar-se que a solda ficou boa, tente remover o estanho com
algum outro objeto. Se descolar, é necessário lixar novamente e refazer a solda. Quando
a solda é bem feita, não é possível remover, sem aquecer novamente.
Lixar:
antes de colocar a bucha na posição, é necessário lixar a lata com algum objeto afiado .
Pode ser usado, por exemplo, uma lamina de cortar metal .
Observação: não lixe por baixo da bucha, somente a sua volta e um circulo ao redor do
furo no cabeçote, com o diâmetro da bucha. Não lixe perto do furo do cabeçote.
Dicas sobre a solda:
se o metal for aquecido excessivamente, também há possibilidades da não fixação da
solda de estanho na peça . O metal deve estar em uma temperatura entre 60 à 80 C°,
no ponto de queimar os dedos. Se a peça estiver fria, também haverá dificuldades para
concluir uma solda.
Fugas de Ar e atrito
Certifique-se de que não há fugas de ar entre a haste do pistão deslocador e a bucha.
Revise os excessos de atrito nas partes móveis. Caso tenha fuga de ar, o motor irá girar
precariamente ou talvez nem mesmo funcionar!
Forno
Função:
neste caso, a lata de pêssego (fig. 18) foi para uma maior concentração de calor sob
o cilindro. Recomendo a instalação de uma descarga no formato de chaminé, para
possibilitar a saída de fumaça e um bom funcionamento da lamparina.
Virabrequim com o Raio
O tamanho da dobra do virabrequim para ambos os pistões, são de 14 mm (1,4 cm),
sendo que os pistões percorrem uma distância total (curso) de 28 mm (2,8 cm).
Alterações: quando o tamanho do curso for maior, o motor terá mais torque e menor
rotação. Se optar por cursos menores que citado no projeto, terá a situação inversa
(maior rotação e de menor torque).
Com estes cursos, encontrei um ponto de equilíbrio no projeto (fig. 19).
Pistão de trabalho
Pistão com Balão: este outro vídeo é a explicação de como fazer o pistão com balão.
Em os dois botões de volume de rádio, podem ser substituídas por duas tampas de
produto de limpeza (confira clicando na fig. 21), com diâmetro de 35mm. O pistão feito
com balão deve ser totalmente vedado (sem fugas de ar), sendo ele o responsável na
produção da força mecânica do motor
Volante
Volante: este volante (fig. 22) é montado com 5 CDs, colados uns sobre os outros, com
auxilio de um tubo de CDs, para facilitar a centralização. O conector de fio de luz foi
soldado em uma chapa de metal que, por sua vez, é parafusado nos CDs. Após o
encaixe no virabrequim, o parafuso do conector é apertado sobre este eixo.
Conectores de Fios Elétricos
Conector: este conectores de fios elétricos de 6mm, são usados para aparafusar os raios
de bicicleta (biela e haste).
Onde comprar? Podem ser compradas em lojas de material elétrico residencial.
Resultados obtidos
O grupo concluiu a construção do motor com sucesso conforme Imagens abaixo:
Como funciona um motor
Este motor funciona com a dilatação do ar (quando aquecido) e com sua
contração(quando resfriado). Quando o pistão deslocador (lata interna) é movimentado
para cima, o ar que estava na parte fria do cilindro (no topo), é deslocado para baixo,
indo para a parte mais quente. Em contato com as paredes aquecidas, o ar é aquecido e a
pressão dentro do cilindro aumenta repentinamente, com o aumento do volume do ar.
Consequentemente, o pistão de trabalho ( feito com balão) é empurrado para cima,
fazendo o virabrequim girar.
Quando o pistão deslocador é movimentado para baixo, ocorre o inverso, pois o ar que
estava na parte quente é deslocado para cima, se esfria e se contrai, produzindo um
vácuo e fazendo com que o pistão de trabalho seja sugado para baixo e, assim,
continuando o giro do virabrequim.
Um detalhe importante que faz com que este modelo de motor seja simples é o fato de
que ele não possui válvulas, porém o ar deve estar confiando no interior do motor.
Água:
O emprego da água consiste no resfriamento da parte superior do cilindro (lado frio),
evitando o super aquecimento, o que mantém a maior diferença de temperatura possível
entre as regiões quente e fria do motor, melhorando seu rendimento.
Alguns dos motivos que podem o impedir funcionamento do motor!
Em geral os motores não funcionam em duas situações: quando existe fuga de ar ou
quando existe excesso de atrito nas peças móveis.
Para descobrir se o motor possui de ar , pode ser feito o seguinte teste: desengate a haste
do pistão de trabalho do virabrequim e puxe o balão! Se o mesmo inflar com ar,
significa que existe algum furo em algum ponto (pois houve entrada de ar no cilindro).
O balão deve sempre retornar para o mesmo ponto onde estava antes de iniciar o teste. É
importante lembrar que este teste deve ser feito sem o fogo.
Para descobrir onde está o vazamento, mergulhe aquele possível ponto em água e ao
surgir bolhas de ar, quando o pistão de trabalho é empurrado a força para dentro, é este
o possível ponto com fuga de ar.
Conclusão
Atraves da construção deste motor, podemos constatar na prática o ciclo Stirling
estudado em sala de aula, podemos também compreender o funcionamento do motor,
cujo o mesmo transforma energia calórica em trabalho.
Bibliografia
Manual do motor Stirling, Tutorial do motor. Disponível em: <
http://manualdomotorstirling.blogspot.com.br/2013/06/tutorial-dicas-medidas-de-um-
motor.html> Acesso em 01 de junho de 2015
Anexo 1
Abaixo o grupo da apresentação na semana da Engenharia 10/06/2015.