Motor Stirling: O que é e como funciona?

O motor Stirling é de combustão externa. Foi criado em 1816 pelos irmãos Stirling para ser uma alternativa aos motores a vapor, que eram perigosos na época.

Princípio de funcionamento

Um motor Stirling precisa de uma fonte externa de calor. Tem duas câmaras com temperaturas internas diferentes e dentro destas câmaras há um gás, que se expande e se contraí, movimentando pistões. Estes movimentam um virabrequim, ou outro mecanismo, que gira um volante do motor. Este motor não gera emissões de gases, portanto é de ciclo fechado.   

Ciclo de Stirling

Este tipo de máquina térmica segue o ciclo de Stirling, cujas fases são:

• 4 a 1: Aquecimento isocórico (volume constante). Uma fonte externa de calor aquece a câmara, aumentando a pressão do gás.
• 1 a 2: Expansão isotérmica. Na câmara mais quente, o gás se expande, movimentando o pistão.
• 2 a 3: Resfriamento isocórico ou isovolumétrico. O gás do pistão quente vai para o pistão frio devido ao movimento dos êmbolos. Estes se movem graças à energia mecânica armazenada pelo volante do motor. O gás passa por um canal que liga as câmaras e sua pressão cai devido à queda de temperatura. 
• 3 a 4: Compressão isotérmica. O movimento do pistão frio comprime o gás que vai para a câmara quente.

O ciclo Stirling é reversível. Ou seja, pode converter energia mecânica em diferença de temperatura. Mas na prática, é muito mais difícil.

Outros detalhes

Alguns motores têm um regenerador no tubo de transferência para armazenamento temporário de calor, ajudando a manter a diferença de temperatura entre as câmaras. Os gases mais usados para fazer o trabalho são: ar, hidrogênio ou hélio. Os dois últimos são para aplicações de alta potência, pois têm condutividade térmica maior e menos viscosidade. Logo, transportam calor mais rápido e têm menos perdas por atrito.

Tipos de motores Stirling

Alfa

Nesta configuração, os cilindros ficam separados um do outro e ligados por um tubo com regenerador. Os cilindros podem ficar separados a 90° de distância.

Existe um tipo de motor alfa chamado Ross Yoke, é um dos mais eficientes, pois este mecanismo elimina forças laterais sobre o êmbolo. Reduzindo muito o atrito.

Beta

Nesta configuração, existe apenas uma câmara com dois êmbolos. O pistão deslocador fica entre os volumes quente e frio, enquanto o pistão de trabalho ajuda no confinamento do fluido e move o motor. O motor beta pode ter um acionamento rômbico para melhorar a eficiência e o equilíbrio.

Gama

Os cilindros são separados e o deslocador de gás fica entre os lados frio e quente da câmara.  

Onde o motor Stirling é usado?

O motor Stirling é silencioso, com boa eficiência e pode trabalhar com qualquer fonte externa de calor. Pode gerar energia a partir da luz solar. 

Também é usado em sistemas de refrigeração e submarinos.

Ester motor não é usado com mais frequência, devido às seguintes desvantagens:

• Dificuldade de controlar a velocidade e a direção de rotação.
• Dificuldade de confinamento do gás pressurizado.
• Custo elevado.