Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2663529 bytes, checksum: 5f0d6dec066e59a555afa41866bdae84 (MD5) Previous issue date: 2012-09-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The current paper develops an experimental Stirling engine Gama type. Different settings of this type of engine are presented (alpha, beta and gamma), along with the Stirling Cycle Definition and the mathematical modeling for each setting. It´s been Proceed a mathematical analysis based on the Stirling Theory, which is the method based upon the isothermical compression and expansion of an ideal gas, put to analysis by a computer software, determining the dependency between the engine s construction and functioning parameters. Bibliography used takes over the main Stirling engine settings and various working conditions, fed by a numerous types of fuels. The experimental part of the paper is assembling of a Stirling engine gamma type containing no regenerator, therefore, having the air as its working fluid, using electrical resistances as heat source, also a water jet at ambiance temperature to cool down the compression and heat exchanger. Engine tests were performed at atmospheric pressure, temperatures from 100 to 600 °C, 100 to 400 rpm rotations. The results are presented in graphics and are questioned. / O presente trabalho consiste no desenvolvimento experimental de um motor Stirling tipo gama. São apresentadas inicialmente as diferentes configurações deste tipo de motor (alfa, gama e beta), a definição do ciclo de Stirling e a modelagem matemática para cada configuração. Uma análise matemática é feita através da teoria de Schmidt, que é um método baseado na compressão e expansão isotérmica de um gás ideal, implementada em programa computacional permitindo determinar a dependência entre os parâmetros construtivos e de funcionamento do motor. A revisão bibliográfica contempla as principais configurações de motores Stirling e várias condições de funcionamento, alimentados por diversos tipos de combustíveis. A parte experimental do trabalho é a montagem de um protótipo de motor Stirling tipo gama sem regenerador tendo o ar como fluido de trabalho, utilizando resistências elétricas como fonte de calor e um fluxo de água a temperatura ambiente para o resfriamento do trocador de calor de compressão. Os testes do motor serão realizados a pressão atmosférica, para temperaturas de 100 a 600 °C e rotações de 100 a 400 rpm, os resultados são apresentados em gráficos e discutidos.

Das Ziel der vorliegenden Dissertationsschrift bestand darin, für die äquatornahen Regionen mit hoher solarer Einstrahlung einen solaren Niedertemperatur-Stirlingmotor zu entwickeln, berechnen, konstruieren und fertigen, experimentelle Untersuchungen durchzuführen sowie die Ergebnisse auszuwerten. Des Weiteren war im Rahmen dieser Arbeiten die Gültigkeit der Schmidt-Theorie für den Niedertemperatur-Stirlingmotor zu überprüfen. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurden drei Varianten des solaren Niedertemperatur-Stirlingmotors(Stirlingmotor III, IV und IV-A)konstruiert und gefertigt sowie mit Hilfe eines Sonnensimulators (800 W / m2) getestet. Zur Ermittlung der Heißgastemperatur wurde ein mathematisches Modell erstellt, dessen Gültigkeit für den solaren Niedertemperatur-Stirlingmotor durch umfangreiche Experimente bestätigt werden konnte. Die Voraussetzungen der Schmidt-Theorie sind relativ ideal und bei dem solaren Niedertemperatur-Stirlingmotor nicht erfüllt. Trotzdem ist die Schmidt-Theorie auch auf den Stirlingmotor anwendbar. Eine vereinfachte Beziehung zur Berechnung der Leistung (Gl. 3.80) wurde abgeleitet und experimentell überprüft. Die Leistungsoptimierung erfolgte unter Berücksichtigung des Einflusses von Phasenwinkel, Verdichtungsverhältnis und Drehzahl. Der optimale Bereich des Phasenwinkels liegt zwischen 60° und 100°, empfohlen wird ein Winkel von 90°. Der optimale Drehzahlbereich liegt zwischen 18 und 25 U / min. Solare Niedertemperatur-Stirlingmotoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie immer die maximal mögliche mechanische Leistung abgeben, indem die Drehzahl sinkt und die Heißgastemperatur steigt. Die Reduzierung des Totvolumens ist für die Leistung des Niedertemperatur-Stirlingmotors von großer Bedeutung. So konnte durch das Einbringen eines Verdrängers in den Arbeitskolben die mechanische Leistung um etwa 10 % gesteigert werden. Weiterhin konnte experimentell nachgewiesen werden, dass sowohl das Anbringen der Abdeckungsfolie als auch der Einsatz eines Regenerators wichtige Voraussetzungen für den stabilen Betrieb des solaren Niedertemperatur-Stirlingmotors sind. Beim Stirlingmotor IV-A wurde neben der kontinuierlichen auch die diskontinuierliche Bewegung des Verdrängers realisiert. Die durchgeführten Versuche haben ergeben, dass bei letzterer Bewegungsart das übertragbare mechanische Moment größer ist. Voraussetzung für die diskontinuierliche Bewegung ist ein massenloser Verdränger. Dieser wurde durch das Anbringen von Ausgleichsgewichten verwirklicht. Die entsprechenden experimentellen Arbeiten führten zu dem Ergebnis, dass im Durchschnitt eine um ca. 10 % höhere mechanische Leistung erzielt werden kann. Im Ergebnis der durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen an den drei Varianten des solaren Niedertemperatur-Stirlingmotors kann festgestellt werden, dass mit der Maschine IV-A die günstigsten Parameter erreicht wurden. Vorteilhaft bei dieser Version sind insbesondere einfachere Fertigung, gute Abdichtung, kleinere Strömungsverluste sowie eine um etwa 2 K niedrigere Kaltgastemperatur. Der Stirlingmotor IV-A sollte Prototyp für Feldtest werden.