Motor Stirling

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Beta stirling animation.gif

Motor Stirling - é um motor de combustão externa.

Teoricamente, o motor Stirling é uma máquina térmica o mais eficiente possível. Alguns protótipos construídos pela empresa holandesa Phillips nos anos 1950 e 1960 chegaram a índices de 45%, superando facilmente os motores a gasolina, diesel e as máquinas a vapor (eficiência entre 20% e 30%).

História[editar | editar código-fonte]

Desenho da patente do motor Stirling.

Foi aperfeiçoado pelo pastor escocês Robert Stirling[1] em 1816, auxiliado pelo seu irmão engenheiro. Eles visavam a substituição do motor a vapor, com o qual o motor stirling tem grande semelhança estrutural e teórica. No início do século XIX, as máquinas a vapor explodiam com muita frequência, em função da precária tecnologia metalúrgica das caldeiras, que se rompiam quando submetidas à alta pressão.

Sensibilizados com a dor das famílias dos operários mortos em acidentes, os irmãos Stirling procuraram conceber um mecanismo mais seguro. É referido também como motor de ar quente, por utilizar os gases atmosféricos como fluido de trabalho.

Funcionamento[editar | editar código-fonte]

Ciclo de Carnot: diagrama Pressão X Volume.

Este tipo de motor funciona com um ciclo termodinâmico composto de 4 fases e executado em 2 tempos do pistão: compressão isotérmica (=temperatura constante), aquecimento isocórico (=volume constante), expansão isotérmica e arrefecimento isocórico. Este é o ciclo idealizado (válido para gases perfeitos), que diverge do ciclo real medido por instrumentos. Não obstante, encontra-se muito próximo do chamado Ciclo de Carnot, que estabelece o limite teórico máximo de rendimento das máquinas térmicas.

O motor Stirling surpreende por sua simplicidade, pois consiste de duas câmaras em diferentes temperaturas que aquecem e arrefecem um gás de forma alternada, provocando expansões e contracções cíclicas, o que faz movimentar dois êmbolos ligados a um eixo comum. A fim de diminuir as perdas térmicas, geralmente é instalado um "regenerador" entre as câmaras quente e fria, onde o calor (que seria rejeitado na câmara fria) fica armazenado para a fase seguinte de aquecimento, incrementando sobremaneira a eficiência termodinâmica. O gás utilizado nos modelos mais simples é o ar (daí a expressão citada acima); hélio ou hidrogénio pressurizado (até 150kgf/cm2) são empregados nas versões de alta potência e rendimento, por serem gases com condutividade térmica mais elevada e menor viscosidade, isto é, transportam energia térmica (calor) mais rapidamente e têm menor resistência ao escoamento, o que implica menos perdas por atrito. Ao contrário dos motores de combustão interna, o fluido de trabalho nunca deixa o interior do motor; trata-se portanto de uma máquina de ciclo fechado.

Animações[editar | editar código-fonte]

Alpha Stirling.gif Animrhombor.gif Animgamma.gif
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Animation TDC 01 jeff.gif Philips.gif
Com alternador linear. Stirling da Philips (anos 50).

Há 3 configurações básicas deste tipo de motor:

  • Alfa - com cilindros em V; (1)
  • Beta - com êmbolos co-axiais num mesmo cilindro (2)
  • Gama - com cilindros em linha (ver links externos) (3).

Existem modelos grandes com uso prático e modelos didácticos, minúsculos, accionados até pelo calor de uma mão humana.

Vantagens[editar | editar código-fonte]

Um motor Stirling e um gerador.

Esse tipo de motor apresenta diversas vantagens: é pouco poluente pois a combustão é contínua, e não intermitente como nos motores Ciclo de Otto e Ciclo Diesel, permitindo uma queima mais completa e eficiente do combustível. Por isso é muito silencioso e apresenta baixa vibração (não há "explosão"). É verdadeiramente multi-combustível, pode utilizar praticamente qualquer fonte energética: gasolina, etanol, metanol, gás natural, óleo diesel, biogás, GLP, energia solar, calor geotérmico e outros. Basta gerar uma diferença de temperatura significativa entre a câmara quente e a câmara fria para produzir trabalho (quanto maior a diferença de temperatura, maior é a eficiência do processo e mais compacto o motor).

Desvantagens[editar | editar código-fonte]

Motor Stirling em configuração beta com transmissão rômbica.

A sua maior desvantagem consiste na dificuldade de iniciar e variar sua velocidade de rotação rapidamente, sendo complicado o seu emprego em veículos como carros e caminhões, embora modelos de propulsão híbrida (eléctrico e motor térmico) possam ser viáveis. Também há problemas técnicos a serem resolvidos quanto ao sistema de vedação, que impede o vazamento do fluido de trabalho, particularmente quando se empregam gases inertes e leves (hélio, hidrogénio), difíceis de serem confinados sob alta pressão sem escaparem para o exterior. Alem disso, por ser uma tecnologia pouco difundida, os motores Stirling são mais caros, tanto na aquisição quanto na manutenção.

Um aperfeiçoamento do motor Stirling chamado de motor sónico[2] (eficiência de 18%), está em estudo para substituir os geradores termoeléctricos (eficiência de 7%), em uso actualmente nas sondas espaciais.

Ver também[editar | editar código-fonte]

O Commons possui uma categoria contendo imagens e outros ficheiros sobre Motor Stirling


Bibliografia[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. ↑ (em inglês) Electricscotland Significant Scots. Biografia de Robert Stirling
  2. ↑ (em português) Feira de Ciências - Motor Sónico: O ar como massa vibrante

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

Animações
Vídeos
Trabalhos Acadêmicos
Fabricantes
v • e
Ciclos Termodinâmicos
Ciclos de combustão externa
 Ciclo de Carnot · Ciclo Ericsson · Ciclo Kalina · Ciclo Rankine · Ciclo regenerativo · Ciclo Stirling · Ciclo Stoddard · Ciclo Vuilleumier
Ciclos de combustão interna Ciclo Atkinson · Ciclo Brayton · Ciclo Diesel  · Ciclo Lenoir · Ciclo Miller · Ciclo Otto
Combinações de ciclos Ciclo combinado

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