segunda-feira, 8 de junho de 2015

Conceito teórico do motor Stirling, para trabalhos escolares



Este blog tem como finalidade ajudar as pessoas que possuem interesse em construir seu próprio motor Stirling caseiro ou mesmo auxiliar em trabalhos escolares.


História:


Manual do motor Stirling, Robert Stirling, inventor 1816 e escocês
(Robert Stirling)
Imagem fornecida pelo
Eziel Vieira

O motor Stirling foi inventado em 1816 pelo pastor escocês Robert Stirling, visto na (fig. 1), auxiliado por seu irmão engenheiro. O objetivo foi construir um mecanismo mais seguro em relação ao motor a vapor, pois eram constantes as explosões trágicas ocorridas com as precárias caldeiras da época. O motor Stirling funciona com pressões relativamente baixas, usando de ar (ou outro tipo de gases) confinado no interior do motor, proporcionando maior segurança.

Em 1818, o primeiro motor foi construído para bombear água numa pedreira e aperfeiçoado em 1843 para utilização em uma fundição.






Como funciona o motor:


Este motor utiliza um gás como fluído de trabalho, que pode ser (por exemplo) ar, gás Hélio ou Hidrogênio. Seu funcionamento é baseado na variação do volume deste gás segundo a variação da temperatura que este é submetido, ou seja, o gás expande quando aquecido e contrai quando resfriado. É constituído por duas câmaras de diferentes temperaturas que aquecem e resfriam o referido gás de forma alternada, provocando expansão e contração, o que faz movimentar dois êmbolos ligados a um único eixo. Este tipo de motor funciona com um ciclo termodinâmico composto por 4 fases e executado em 2 tempos:

1-2 - Compressão isotérmica

2-3 - Aquecimento isocórico

3-4 - Expansão isotérmica

4-1 - Arrefecimento isocórico

Nos modelos mais simples é usado o ar atmosférico como fluído de trabalho, sobretudo nos caseiros. Em versões de maior potência, podem ser usados gases como Hélio ou Hidrogênio, normalmente submetidos a pressões de até 200 Bar (2900 PSI) no interior do motor, o que permite chegar a uma eficiência energética de até 45%, superando facilmente os tradicionais motores de combustão interna, como aqueles movidos a gasolina ou diesel, que possuem uma eficiência entre 20% e 30 %. Esses gases de alta condutividade térmica, absorvem energia térmica (calor) com maior rapidez e têm menor resistência ao escoamento (menor fricção do gás pelo caminho que percorre dentro do motor), refletindo em um maior desempenho. Trata-se de uma máquina de ciclo fechado, onde o fluido de trabalho nunca deixa o interior do motor. O emprego da água consiste para o resfriamento da parte superior do cilindro (lado frio), evitando que sobre aquecimento e mantendo maior diferença de temperatura possível entre as duas câmaras.

Este vídeo explica o funcionamento básico do motor:





Vantagens deste motor:


-> Pode ser alimentado por qualquer tipo de fonte de calor, o que inclui a queima dos mais variados combustíveis, (gás natural, óleo combustível, biomassa, diesel, gasolina, álcool, entre outros), mas também a possibilita o aproveitamento do calor proveniente de fontes de energia limpa como a luz solar ou a energia geotérmica;
-> Apresenta uma operação silenciosa - o que torna uma ótima opção para a produção de energia em embarcações navais durante à noite;
-> Também surpreende pela sua simplicidade, pois não há necessidade do uso de válvulas;
-> Baixo desgaste interno, baixo consumo de lubrificante e pouca manutenção;
-> Eficiência global em torno de 40%, o que pode tornar o motor Stirling competitivo com outras tecnologias;
-> Cerca de 25 mil horas de funcionamento até o final da vida útil;
-> Pode ser empregado também na produção de eletricidade em locais onde há boa incidência solar, com a construção de parques repletos de estruturas parabólicas ou mesmo em pequenas instalações residenciais, visando o consumo próprio. O motor transforma o calor do sol em energia mecânica, acionando um gerador para a produção de eletricidade. Deste modo, complementa a produção de energia justamente no período quente do dia (período de grande consumo), devido ao aumento do uso de aparelhos de ar condicionado.



Desvantagens deste motor:


-> Alto custo de fabricação, além da dificuldade em manter o gás confinado pressurizado no interior do motor considerando a existência de peças móveis como os pistões nos cilindros. É necessário a adoção de eficientes trocadores de calor, tanto para o aquecimento quanto para o resfriamento do motor. Somente nessa condições é possível ter um motor altamente eficiente;
-> Normalmente possuem lentas aceleração e desaceleração. Em gerar, são motores ditos de pequena densidade energética, ou seja, possuem grande tamanho para dada potência, o que torna difícil sua aplicação em automóveis;
-> Outros problemas podem aparecer quando utilizados combustíveis que deixam resíduos como carvão, diesel, gasolina. Entre os principais destacam-se ferrugem, alcatrão e partículas, que podem reduzir a eficiência do trocador de calor.



                     Ver lista >>>                                                Ver tutorial do motor simples >>>    


Como aumentar a velocidade do motor em latas de alumínio para 1600 RPM >>>






Confira a lista de materiais de outros modelos de motores Stirling:


Manual do motor Stirling, gama, caseiro 700 rpm
Confira a lista deste modelo>>>


Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Gama" feito em latas de spray!


Ver lista>>>










Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Gama" feito em latas de cerveja!











Confira a lista de materiais de um motor Stirling "Alfa" simples, feito com seringas de vidro!









   Manual do motor Stirling, Alfa, 1500 rpm caseiro
Confira a lista deste modelo>>>


Confira a lista de materiais de um motor Stirling Alfa melhorado, feito com seringas de vidro!

Qualquer dúvida ou sugestões de melhorias, entrem em contato!
Leandro Wagner.

35 comentários:

  1. peeelo amor de deus, to tendo que construir um motor stirling alpha pra minha matéria de fisica mas não to conseguindo fazer funcionar. POR FAVOR, ME AJUDA!

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    1. Olá Nathália, você é a mesma que me perguntou no blog?

      Preciso que me responda a cada pergunta:
      1 - qual é o curso de cada pistão?

      2 - quanto de área morta você deixou dentro de cada cilindro?

      3 - quando o pistão está desconectado da biela e ao girar o pistão dentro da seringa, ele permanece girando por um tempo? Como se fosse um eixo dentro de um rolamento? Veja como é o meu pistão:https://www.youtube.com/watch?v=JsasT9UvvfQ

      4 - que tipo de rolamento usou no eixo do virabrequim?

      5 - Você não deve usar conecções de plástico, para interligas as seringas, isso produz um grude no pistão, por causa do calor e o motor tenderá não funcionar.

      6 - Você usou seringas com ponta de vidro ou metal?

      7 - uma vela não é suficiente para que o motor funcione, você precisa fabricar uma lamparina a álcool. Evite usar maçarico com gás, geralmente dá problema com o vidro. Não toque o pavio da lamparina no vidro quente, quebra a seringa. Este vídeo explica a construção:
      https://www.youtube.com/watch?v=pPnRbc7ogqo

      8 - Você cuidou para que a ponta das bielas, não trabalhem no sentido lateral? Veja o vídeo no 21:00, porque isso produz atrito e motor não funciona: https://www.youtube.com/watch?v=dEIQxu6aU4g

      9 - você fez polimento com silicone líquido de painel automitivo sobre o pistão?

      Me envie umas fotos do seu motor, ou um vídeo tentando fazer funcionar, mas com uma boa iluminação.

      Leandro Wagner

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  2. Tentei enviar outra mensagem, se possivel me contate pelos e-mais:
    juliano.goncalves@edu.sc.senai.br
    ou
    jp_goncalvesltda@yahoo.com.br

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    1. Olá Juliano, não me recordo o assunto que se referes, mas vou te enviar um contato pelo e-mail que disponibilizou.
      Leandro Wagner.

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  3. Hello,
    I built a stirling engine for school.But it doesn´t work.Can I send you some pictures or a video of it?Maybe you find the problem.
    With regards Luca Morreale

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    1. Yes, you can send some pictures of your engine, maybe I can help you.
      But it will have to post your email here, or send me the photos to my facebook:
      https://www.facebook.com/Manual-do-motor-Stirling-292018690925248/
      Leandro Wagner.

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    2. Hello,

      longer I am studying Stirling engine and took me to their principles. Now I want to build and take inspiration from your tutorial on youtube. I would like to build two cylinders.
      I want to ask you, what is the height of the pckage from the drink (Fanta 350 ml) and what is average?

      Thank you for answer. Please contact me at: xyz852456@seznam.cz

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    3. Hello friend, I do not understand your question, you want to know the length of the hot cylinder can (Coca Cola, Coke)? If so, she must have 10.5 cm long.
      Leandro Wagner.

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  4. Olá bom dia,você dispõem da parte de cálculo desse motor? ex:rendimento. E dos desenhos técnicos das peças?

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    1. Olá Leonardo!
      Bom, primeiro não sei de qual motor está perguntando!
      Tenho alguns históricos, mas não tenho cálculos, obviamente que as medidas de cada alteração, isso eu tenho e nas modificações de curso, é possível prever aproximadamente seu futuro desempenho.
      Não tenho desenhos, tudo é na base do chute e acerto, amador mesmo.
      Leandro Wagner.

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  5. Leandro boa tarde, já fiz diversas tentativas e ainda não consegui nehum progresso, quero te perguntar se você não venderia algum dos diversos modelos, não estou conseguindo e a minha filha está me lembrando que sua apresentação está se aproximando , estou tentando mais já estou quase desistindo, se for possível você me vender um modelo bem simples , ficaria agradecido e tentaria acompanhar seu proto tico para ai sim tentar seguir o modelo.
    Peço desculpas e agradeço o espaço;

    Meu email- fabiorusso9812@gmail.com

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    1. Olá Fábio, vou te retornar um e-mail, e vejo que posso fazer por você.
      Leandro Wagner.

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  6. Estou estudando os valores, é que a empresa que trabalho está se reestruturando e está nos casos de desligar 4.000 empregados , dentre esses 3.500 está aposentado , mas problemas é antietico e não vem ao caso , estou estudando o menor valor e o modelo mais simples visto que a apresentação é dia 21.11.15 , mas até o fim de semana te dou um retorno definitivo e agradeço pelo atenção.

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    1. Hummm!!! Mas não deixe para a última hora, para que seja possível entregar dentro do prazo.
      Leandro Wagner.

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  7. Boa Tarde. Primeiramente gostaria parabenizá-lo pelo seu trabalho, é muito bom e ajuda muitas pessoas. Bom eu já fiz um motor stirling do tipo alfa parecido com os que você já fez, ou seja copiei basicamente das suas informações. Funcionou, não tão bem com os seus, mas consegui gerar até 1,90 volts. Veja em https://www.youtube.com/watch?v=KsA5pLsloDU. Enfim minha dúvida é, gostaria de fazer um motor do tipo alfa com peças de pequenos compressores de bebedouros de água utilizando pistão, biela e a parte do bloco que funciona como camisa. No caso eu montaria os no sentido vertical ou seja em pé para que tenha menos atrito e construiria duas câmaras do mesmo tamanho, deixando os dois cilindros com o mesmo curso e volume. Não sei se funcionaria, pois o que eu fiz segui as configurações dos seus. A parte que você deixa uma seringa com volume e curso maior eu não entendi o porque. Se você puder dar uma explicada. Outra coisa se eu montar ele na posição vertical obedecendo a defasagem de 90° na biela em relação a outra será que vai funcionar. Fico grato se puder me ajudar. Abraços.

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    1. Boa noite!
      Obrigado pela felicitação!
      Muito bom o seu motor, parabéns. O fato do seu motor não estar produzindo mais que 1,90 volts de tensão, não significa que está pior que o meu, também depende muita do tipo de gerador, sendo que o melhor tipo de gerador para os nossos brinquedinhos, são os motores de ejetar a fita do aparelho de vídeo cassete, eles produzem muito maior tensão com menor esforço.

      Fazer um motor Alfa com motores compressores do tipo com anéis, sei que não funciona, porque produz muito atrito e a vedação não é boa.

      Os motores compressores do tipo resfriador, talvez pode ser, pelo que vi, ele não tem anél no pistão, mas não sei se suportam funcionar sem lubrificação, porque o pistão pode agarrar no cilindro. Caso você use algum tipo de lubrificante, o motor terá um desempenho quase inferiro ao seu que tens hoje, porque o arrasto do óleo no pistão com o cilindro é muito grande.

      Nesse projeto que você fez, o volume morto é diferente, para obter o máximo de desempenho, isso tudo em função das seringas de vidro:

      - A soma dos 2 volumes mortos, foi para reduzir a compressão, a compressão é benéfica para qualquer motor, mas como a seringa de vidro é espessa, torna-se um isolante térmico e impedindo a penetração do calor para dentro da câmara quente, sendo insuficiente para transformar a compressão em energia, assim esse excesso de compressão, consome parte da energia produzida pelo motor.

      A diferença de curso, foi um erro de projeto, poderiam os dois ser com o mesmo curso.

      O maior volume morto no cilindro quente, tem como objetivo, assim o fluído de trabalho interno, terá maior área de contato, para absorver o calor e transformar isso em pressão.

      Na vertical, o seu motor sempre terá maior desempenho, menor atrito dos pistões.

      Leandro Wagner.

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    2. Boa tarde.
      Leandro, caso eu construa então um motor na vertical, considerando que tenha um bom desempenho dos pistões não sendo necessário o uso de lubrificante tipo o óleo, ao invés disso usar silicone como lubrificante como utilizado na seringa de vidro, e eu deixe o mesmo volume morto para as duas câmaras com o mesmo curso e tendo uma boa vedação, teoricamente é para funcionar. Outra coisa, se eu fizer a câmara quente maior do que a fria ele pode ter um maior desempenho, considerando essa câmara maior sendo um maior volume morto. Agradeço se puder me dar algumas orientações, pois acho que pode dar certo, só para você saber o compressor que eu consegui os pistões são pouca coisa maior o diâmetro em relação as seringas. Assim que eu conseguir algum progresso e conforme as dúvidas forem surgindo entro em contato. Obrigado pelo retorno. Abraços e sucessos em seus novos desafios.

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    3. Bom dia!
      Qualquer motor na vertical funciona melhor que um motor na horizontal, fique despreocupado.
      Quanto a lubrificação, eu não posso te afirmar que vai funcionar sem lubrificante, o pistão pode agarrar. O que eu já testei e não tive problemas, eu usei pistão em alumínio, passei silicone líquido polido sobre o pistão e o cilindro é de vidro, e não agarrou, funciona redondinho.
      Se o cilindro do seu motor for bem polido, tipo um espelho, pode ser que não vai agarrar.
      Se o seu cilindro quente for de metal, de preferência inox, não precisa deixar o volume morto, vai funcionar melhor sem o volume morto, obviamente que a vedação terá que ser boa, caso contrário não funciona.
      Sim, funciona! Se tiver todos os requisitos que sitei acima.
      Se for um motor do modelo Alfa, como esse das seringas, os dois cilindros precisam ter o mesmo volume interno, o meu foi uma exceção, porque o vidro não é um bom condutor térmico, assim foi necessário sair do padrão.
      Leandro Wagner.

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  8. Boa Noite Leandro! Acompanho seu trabalho e me interesso muito, sou estudante de mecânica, e gostaria de fazer algo relacionado ao motor stirling em meu TCC. Poderia me ajudar com algumas perguntas? Por favor, se possível entre em contato pelo meu email: caioandradesilva@hotmail.com

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    1. Boa noite Caio, já tenho lhe enviado um e-mail de contato.
      Leandro Wagner.

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  9. ola leandro fiz um motor stirling alpha aqui em casa,mais ele não ta funcionando, gostaria da sua ajuda para identificar a possivel causa do não funcionamento do mesmo, é para um trabalho de escola e tem que estar pronto a´te o dia 2 do mês que vem.

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    1. Olá Marcone!
      Se possível, me envie umas fotos dos seu motor para o meu facebook:
      https://www.facebook.com/pages/Manual-do-motor-Stirling/292018690925248
      1 - Qual o tubo que usou para interligar as seringas?
      2 - Usou seringas com ponta de metal?
      3 - Qual o curso de cada pistão? ou me informe de quantos ml até que ml percorre cada pistão?
      4 - O que usou como fonte de calor?
      Leandro Wagner.

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  10. Motos com preços incríveis ! Venha conferir as promoções especiais que a Suzuki Motos preparou Moto

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  11. Estou repassando link de empresa sueca que está pesquisando e aparentemente produzindo motor Stirling,se te interessar aqui está:
    http://cleanergy.com/about/#contact

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  12. Olá, eu estou com o projeto de física pra fazer o motor Stirling... Gostaria que você me desse alguma dica, alguma coisa que eu não deveria fazer, e mais uma coisa, eu queria saber como que eu faço aquele circuito que acende os leds... Obrigado.

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    1. Olá Vitor, qual é o motor que pretende fazer? Assim te darei a dica correta.

      O circuito de led não tem segredo não, todos os Leds são ligado em paralelo, obviamente que o led tem o lado positivo e negativo. Para descobrir qual pe o lado positivo e negativo do led, conecte o Led em duas pilhas (3 volts), quando acender, o lado da pilha positivo indicará o lado positivo do Led.

      Leandro.

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  13. Olá,
    Construí um motor de latas mas não está a funcionar, basicamente ligo a lamparina dou um empurrão no volante e não roda...
    A lata do pistão quente é de 330ml uma vez que em Portugal não existe de 350ml. Tem alguma pista sobre o que está a acontecer?
    Obrigado
    Ricardo

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    1. Olá Ricardo!
      Bom, o fato de não funcionar, existe um problema desde atrito ou alguma alteração de projeto.

      1- como você mora em Portugal, você fez como o pistão deslocador?? Você conseguiu a lã de aço bem fina??? Se sim, você fez o pistão deslocador transparente ou com a lã de aço compactada???

      2 - Quando o pistão de trabalho está DESCONECTADO do virabrequim, e ao puxar o balão, quantos segundos exatos foi necessário para que o balão inflasse com ar? Este teste não é necessário fogo!

      3 - Quando o pistão de trabalho está DESCONECTADO do virabrequim, e ao girar o volante e antes de parar por completamente ele se movimenta naquele vai e vem antes de parar por completamente? Mas o pistão deslocador deve estar CONECTADO no virabrequim!

      Leandro Wagner.

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    2. Olá Leandro,
      Então ponto por ponto:
      1- pistão feito com lã de aço como da demonstração. Talvez o pistão pudesse estar mais transparente...
      2- puxando o pistão de trabalho demora 6 segundos a recuperar volume
      3- desconectado do virabrequim o volante balança.

      Vou retirar um pouco de lã de aço a ver se o pistão deslocador fica mais transparente e ver se resulta.
      Quanto à lata de 330ml será que tem influência a ponto do motor não girar?

      Obrigado pela ajuda

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    3. O fato de usar latas de 330 ml, não seria o motivo do não funcionamento.

      3- quando você fez este teste do volante ficar no vai e vem, o pistão deslocador estava CONECTADO ao virabrequim??? Correto!!! Ou o pistão deslocador estava DESCONECTADO do virabrequim??

      Olha, para descobrir com maior rapidez o seu problema, você teria um vídeo tentando fazer o motor funcionar??? Se sim, me envia o link ou poste na minha página do Face, ou mensagem pessoal.

      Leandro Wagner.

      Você fez alguma coisa diferente, pois tuo

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    4. Aqui vai link com vídeo
      https://www.dropbox.com/s/f3rb6ab2ak9xyyy/VID_20161129_225957.mp4?dl=0

      Espero que consiga ver a origem do problema.
      Continuo a achar que a dimensão da lata pode ser a razão...

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    5. Boa noite Ricardo! A dimensão das latas que você usa, não é o problema, isso eu garanto.

      Um problema que eu verifiquei inicialmente, está no virabrequim, repare que ele empena bastante, a ponto de quase não mover para cima e para baixo o pistão frio (balão).

      A solução é fixar a biela mais próximo daquele conector já instado próximo ao virabrequim. Além disso, você precisa instalar um novo conectora ao lado da biela, pois ela está deslizando para a ponta do virabrequim.

      Feito isso, você pode aumentar um pouco a folga do balão, pois ele está meio esticado, já que o curso é longo, isso força demais o virabrequim.

      Faça essas recomendações e me responda se funcionou.

      Leandro Wagner.

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  14. Olá Leandro, você venderia um protótipo desse motor alfa??

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