No início do século XIX, o Motor de Stirling foi inventado pelo padre escocês Robert Stirling – daí a origem do nome. O ano era 1816 e o objetivo era substituir os motores a vapor, que explodiam na época com muita frequência.

Robert Stirling e seu irmão, que era engenheiro, criaram este motor em que os gases atmosféricos são os fluidos de trabalho, ou seja, o que é necessário para o trabalho do motor, a partir do confinamento de ar dentro do dispositivo, assim como de outros tipos de gases, no caso dos motores de alta potência, como o hélio, o hidrogênio e o azoto.

Funcionamento do Motor de Stirling

O Motor de Stirling, como um motor de calor, é um dispositivo que funciona em um ciclo fechado – sem a saída dos gases para o exterior do motor.

O ciclo é considerado simples, composto por quatro etapas:

1. Expansão isotérmica: O ar aquecido na câmara quente se expande, absorvendo calor de uma fonte externa (queima de combustíveis, energia solar etc.).
2. Resfriamento isovolumétrico: O ar se move para a câmara fria, transferindo calor para o meio ambiente a volume constante.
3. Compressão isotérmica: O ar na câmara fria é comprimido, aumentando sua pressão em temperatura constante.
4. Aquecimento isovolumétrico: O ar comprimido recebe calor da fonte quente a volume constante, retornando à câmara quente para iniciar o ciclo novamente.

Na figura a seguir, o diagrama P-V (Pressão x Volume) representa o funcionamento do ciclo Stirling:

Em resumo, inicia-se o ciclo com a compressão do gás frio, na sequência é efetuado o aquecimento do gás (a volume constante), a expansão e, ao fim, o resfriamento do gás, para início novamente do mesmo ciclo.

Vantagens e desvantagens do Motor de Stirling

O grande diferencial do Motor de Stirling reside em sua alta eficiência, que pode chegar a 45% – bem superior aos 20%-30% de motores de combustão interna. Essa eficiência depende da diferença de temperatura entre as câmaras quente e fria, similar ao ciclo de Carnot. Além disso, sua versatilidade permite a utilização de diversas fontes de calor, desde combustíveis tradicionais (gasolina, diesel) até fontes renováveis (energia solar, calor geotérmico).

O Motor de Stirling se destaca por sua operação silenciosa, flexibilidade na escolha do combustível e compatibilidade com fontes de energia limpa, como a luz solar.

Já entre as desvantagens, é possível apontar para o alto custo ainda existente da construção de um mecanismo de alta potência, além da dificuldade em manter o gás pressurizado no interior do motor. Outra dificuldade tem relação com a variação de velocidade, pois possuem lentas acelerações e desacelerações, o que dificulta a sua utilização em automóveis, por exemplo, que utilizam o motor de combustão interna.

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Aplicações do Motor de Stirling

A versatilidade do Motor de Stirling o torna ideal para diversas aplicações, como:

• Geração de energia: Sua alta eficiência o torna interessante para geração de energia em áreas remotas, microgeração e até mesmo em sistemas híbridos com energia solar.
• Bombeamento de água: A simplicidade e confiabilidade do motor o tornam ideal para bombear água em regiões áridas ou em sistemas de irrigação.
• Refrigeração: O ciclo de Stirling pode ser adaptado para sistemas de refrigeração, substituindo os compressores tradicionais por uma alternativa mais eficiente e sustentável.
• Propulsão de veículos: Apesar de ainda em desenvolvimento, pesquisas exploram o uso do Motor de Stirling em veículos elétricos híbridos, combinando-o com motores elétricos para maior eficiência e autonomia.

Construção do Motor de Stirling

Vale destacar que, embora a construção de um motor Stirling caseiro seja possível, o processo exige atenção e cuidado. Materiais como latinas de alumínio, palitos de sorvete e papelão podem ser utilizados, mas a vedação do gás e a precisão das peças são cruciais para o bom funcionamento.

Diversos tutoriais podem ser encontrados para a construção de um Motor de Stirling caseiro. Latinhas de alumínio, a chama de uma vela, palitos de sorvete e papelão são alguns dos materiais úteis.

Ao ser utilizada a latinha, que funciona como um pistão deslocador, esta é movimentada para cima e o ar que estava na parte fria do cilindro é deslocado para baixo, indo para a parte mais quente. O ar é aquecido quando entra em contato com as paredes aquecidas e a pressão dentro do cilindro aumenta. O pistão de trabalho é empurrado para cima, fazendo o conjunto de manivelas girar.

O vídeo a seguir desvenda os segredos do movimento no Motor de Stirling:

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Fontes: Energia Solar, Instituto de Física – UFRGS, Manual do Motor Stirling, Motor Stirling – Sérgio Costa Faria

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Luciana Reis

Formada em Jornalismo pela Faculdade Cásper Líbero, com experiência como jornalista freelancer na produção de conteúdo para revistas e blogs.