O TEMA ENGENHARIA NAS ESCOLAS: MOTOR STIRLING

Transcrição

1 O TEMA ENGENHARIA NAS ESCOLAS: MOTOR STIRLING ROCHA, Lohayne Vilela 1 ; AGOSTINHO, Marcella Carvalho 2 ; SILVA, Luís Fernando Ferreira 3 ; OLIVEIRA FILHO, Ricardo Humberto de 4 ; OLIVEIRA, Ademyr Gonçalves de 5 ; Palavras-chave: Transformação de energia, Engenharia, Motor Stirling. Introdução A relação do homem com as máquinas existe desde meados do século XIV e experimentou uma mudança radical no século XVIII com a primeira Revolução Industrial. Neste contexto foram criadas as primeiras máquinas a vapor, que obedeciam às leis da Termodinâmica para converter o calor do vapor em trabalho (CORTEZ, 2008). Segundo Cortez (2008) embora a máquina a vapor tenha representado um avanço tecnológico pra época, o índice de mortalidade por acidentes de trabalho ainda era muito alto. Para solucionar este problema o escocês Robert Stirling criou em 1816 o motor Stirling. O motor Stirling é um motor de combustão externa. Esta máquina térmica opera por meio da compressão e expansão cíclicas do fluido de trabalho (geralmente o ar) sob diferentes temperaturas, de forma que haja uma conversão * Resumo revisado por Ademyr Gonçalves de Oliveira. Título: O tema Engenharia nas escolas. Número: Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharias Elétrica, Mecânica e de Computação, lohaynevilela@hotmail.com 2 Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharias Elétrica, Mecânica e de Computação, marcella_agostinho@hotmail.com 3 Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharias Elétrica, Mecânica e de Computação, luisffs@rock.com 4 Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharias Elétrica, Mecânica e de Computação, ricardo@eeec.ufg.br 5 Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharias Elétrica, Mecânica e de Computação, ademyr_go@eeec.ufg.br

2 líquida de calor em trabalho mecânico ( PINTO, 2012), como mostra a Fig.(1). Figura 1: Ciclo de funcionamento do motor Stirling (Energia Livre (Free Energy) Ciclo Stirling). Uma das vantagens oferecidas por este motor é o fato de ser menos poluente que outros motores, como por exemplo, gasolina e diesel. Além disso, a quantidade de ruído emitida é bem menor quando comparada a outros motores, ele pode ser considerado silencioso. Somado a tudo isto, o Stirling ainda é considerado multicombustível, já que funciona impulsionado por qualquer fonte de calor externa. Esta fonte externa pode ser alimentada pela queima de álcool, materiais orgânicos (bagaço de cana-de-açúcar), etc; o que seria um grande passo rumo ao desenvolvimento sustentável (CORTEZ, 2008). Projetos audaciosos vêm sendo desenvolvidos a partir do motor Stirling. Outra opção para a alimentação do motor é a utilização da energia solar. Placas coletoras são instaladas na base do motor como fonte de calor. Assim pode-se obter então energia limpa, sem agressões ao meio ambiente, visto que o motor não libera gases poluentes nem a sua fonte de alimentação. A ideia ainda não foi muito difundida porque a aquisição dos equipamentos para a construção do motor e a sua manutenção são onerosos.

3 Este trabalho faz parte do projeto de extensão denominado: O tema Engenharia nas escolas; proposto pela Escola de Engenharias Elétrica, Mecânica e de Computação (EMC) da Universidade Federal de Goiás (UFG), que tem como objetivo apresentar o motor Stirling a alunos de ensino fundamental e médio de escolas públicas. O intuito é estimular os alunos a optarem pela graduação em engenharia e estimulá-los a encontrar soluções e alternativas para a inserção do motor Stirling na sociedade como meio de geração de energia limpa e sustentável. Metodologia O motor Stirling é composto por um reservatório, onde o fluido é armazenado, um deslocador de ar, cuja função é possibilitar a circulação do fluido no interior do reservatório, um pistão, responsável por movimentar o eixo virabrequim, e um disco de inércia, cuja tarefa é manter a inércia do movimento. Segundo Wylen (2003), o sistema representado na Fig.(1) funciona da seguinte forma: o ar no reservatório é aquecido (externamente) proporcionando uma diferença e temperatura entre a parte superior e inferior do motor. Por diferença de pressão, ocasionada pela mudança de temperatura, o deslocador de ar é levado para cima, em direção à parte fria do motor. Neste momento a rotação do eixo faz com que o pistão impulsione o deslocador de ar para baixo, permitindo que o ar compreendido entre o deslocador e a parte superior do reservatório seja resfriado. O ar então resfriado faz com que o deslocador ocupe a região inferior do reservatório por meio da diferença de pressão, causada pela mudança na temperatura. Neste ponto o pistão impulsiona o deslocador para cima, permitindo que o ar ocupe a região inferior do reservatório e seja novamente aquecido para a realização de um novo ciclo. Na sala de aula foi exposta a teoria simplificada do ciclo termodinâmico envolvido no processo. Foram introduzidos os conceitos de motores, energia, transmissão de calor, Lei da Inércia de Newton. Durante a apresentação um

4 protótipo (Fig.(2)) construído a partir de material reciclado funcionava impulsionado por uma lamparina. Enquanto isso, outros modelos construídos para fins didáticos circulavam entre os alunos facilitando a compreensão do funcionamento do motor Stirling. Figura 2: Protótipo construído para a apresentação. O modelo da Fig.(2) foi construído para fins didáticos. Os materiais envolvidos na sua construção foram basicamente arame, latas de alumínio, massa epóxi e outros. A escolha destes materiais surgiu da necessidade de se aproximar a engenharia do cotidiano dos alunos. Dessa forma eles puderam visualizar que a engenharia pode estar presente na rotina de cada um. Durante as apresentações os alunos se aproximavam do protótipo, e observavam o seu funcionamento. De tal maneira era possível conciliar a teoria apresentada com a prática de funcionamento do motor. Encerrando a apresentação, foi discutida a importância da geração de energia limpa, além de alternativas para a sustentabilidade, assim como meios de tornar mais acessível a utilização do motor Stirling. Resultados e discussão No início da apresentação os alunos preencheram um questionário sobre

5 seus conhecimentos em engenharia. Foi então aplicada a metodologia descrita, e os alunos foram novamente questionados sobre a engenharia. Os mesmos demostraram interesse pelo projeto apresentado e afirmaram estar mais esclarecidos sobre a função e importância do engenheiro na sociedade. Os estudantes foram incentivados a aprofundar o conhecimento na área apresentada, e a escolher a engenharia como profissão futura. Conclusões Por meio do projeto apresentado em sala de aula, os alunos puderam ter contato com a engenharia, adquiriram conhecimentos nas áreas de engenharia térmica, sustentabilidade, e relação de trabalho entre engenheiros de áreas distintas (elétrica, mecânica, computação). Pode-se concluir ainda que os alunos foram instigados a desenvolver habilidades na área de ciência e tecnologia. Referências Bibliográficas AMARAL, D. História da Mecânica, o motor a vapor Disponível em: < %20a%20vapor.pdf>. Acesso em: 5 maio BOSCH, R. Manual de Tecnologia Automotiva Tradução da 25 Ed. Edgard Blücher,2005. CORTEZ, L. A. B.; GOMEZ, E. O.; LORA, E. E. S. Biomassa para energia Ed. Unicamp, Energia Livre (Free Energy) Ciclo Stirling. Disponível em: < Acesso em: 09 maio 2012 PINTO, R., Motor Stirling. Disponível em: < Acesso em: 05 maio WYLEN, G.V., SONNTAG, R. & BORGNAKKE, C., Fundamentos da Termodinâmica Clássica 4 Ed. Edgard Blücher, 2003.