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Motor Stirling

Motor Stirling

O motor Stirling é um motor térmico de combustão externa. Originalmente, foi concebido como um motor principal industrial para competir com o motor a vapor, mas na prática, por mais de um século, foi usado apenas para aplicações domésticas e para motores de baixa potência.

O motor Stirling foi inventado em 1816 por Robert Stirling, um padre escocês. Uma das preocupações da época era a segurança dos motores a vapor. O objetivo de Stirling era obter um motor menos perigoso que o motor a vapor.

A operação é baseada na expansão e contração de um gás que pode ser hélio, hidrogênio, nitrogênio ou ar. Esse gás é forçado a se deslocar ciclicamente de uma fonte fria onde contrai para uma fonte quente onde se expande.

Este tipo de máquina é considerado um motor térmico. É um motor termodinâmico devido à presença de um gradiente de temperatura entre as duas fontes térmicas.

O desenvolvimento ainda está sob investigação. O fato de você precisar apenas de uma fonte de calor externa oferece grande versatilidade, pois oferece a possibilidade de usar muitas fontes de energia para sua operação. Exemplos de fontes de energia usadas nesta tecnologia são energia solar térmica, combustíveis fósseis como carvão ou petróleo, biomassa, energia geotérmica e outros.

Como funciona um mecanismo Stirling?

Um motor Stirling é um motor alternativo que opera em um ciclo regenerativo termodinamicamente fechado. Este ciclo é o chamado ciclo de Stirling. A principal característica desse ciclo é que ele trabalha com compressão cíclica e expansão cíclica do fluido de trabalho em diferentes níveis de temperatura.

Operação do motor StirlingO motor Stirling é um motor térmico que funciona através do ciclo de compressão e expansão de um gás. São utilizados dois níveis de temperatura que causam uma conversão líquida de energia térmica em energia mecânica (trabalho mecânico).

O gás comprimido exerce pressão sobre um pistão. O pistão é conectado a uma cambota que permite que o movimento linear do pistão dentro do cilindro seja convertido em um movimento rotacional de um eixo.

Dentro do grupo de motores térmicos, como o motor a vapor, o motor Stirling é classificado como um motor de combustão externa; todas as transferências de calor com o gás de trabalho são feitas através da parede do motor. Por outro lado, em um motor de combustão interna, a entrada de calor é feita pela combustão de um combustível dentro do corpo do fluido de trabalho.

Como é típico para os motores térmicos, o ciclo geral consiste em:

  • Comprima o gás que está a uma temperatura mais baixa.
  • Aqueça o gás em um ponto quente.
  • Expanda o trabalho mecânico de geração de gás quente.
  • Arrefecer o gás em um local frio para poder repetir o ciclo de Stirling.

Qual é o remorso de um motor Stirling?

    A eficiência do processo é altamente restrita pela eficiência do ciclo de Carnot, que depende da diferença de temperatura entre a zona quente e a zona fria. De qualquer forma, o mecanismo Stirling é o único capaz de abordar o desempenho máximo teórico conhecido como desempenho de Carnot.

    Ciclo de Carnot

    Na termodinâmica, o ciclo de Carnot ou o processo de Carnot é um processo circular ideal. Este ciclo consiste em dois processos adiabáticos e dois processos isotérmicos. No processo de Carnot, o sistema termodinâmico realiza trabalhos mecânicos trocando calor com dois tanques de calor. Os dois depósitos de calor têm temperaturas constantes, mas diferentes.

    Nos ciclos de Carnot, existem duas fontes de calor:

    • O aquecedor, que tanque com temperatura mais alta
    • A geladeira, que é um tanque com temperatura mais baixa.

    Qual é a diferença entre o motor Stirling e o motor a vapor?

    Ao contrário de um motor a vapor, o motor Stirling fecha uma quantidade fixa de fluido em um estado permanentemente gasoso, como o ar. Por outro lado, no motor a vapor, o fluido de trabalho sofre uma mudança de fase de líquido para gás.

    O motor Stirling é caracterizado por sua alta eficiência em comparação com os motores a vapor, operação mais silenciosa e maior facilidade de uso de diferentes fontes de calor.

    Essa compatibilidade com fontes de energia alternativas e renováveis ​​se tornou cada vez mais importante à medida que o custo dos combustíveis fósseis convencionais aumentou e a sensibilidade social às mudanças climáticas. Atualmente, o motor Stirling é de interesse como o núcleo das unidades microcombinas de calor e energia, isto é, de cogeração, nas quais é mais seguro e eficiente que a energia a vapor.

    Aplicações e usos desta máquina térmica

    Essa tecnologia é considerada de grande aplicação para regiões onde existe um grande número de colonos dispersos, o que seria muito caro para alcançar com uma rede elétrica.

    Espera-se que os fabricantes de motores Stirling construam pequenas unidades do mesmo tipo em larga escala (com disco solar), como a capacidade de produzir em torno de 200 a 400 kWh por mês (equipamentos de aproximadamente 1 a 2 kW de potência) ; especialmente para os países localizados entre os trópicos, porque nessas áreas a quantidade de radiação solar é grande ao longo do ano e, por sua vez, é a região com a população mais dispersa.

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    Última revisão: 21 de março de 2020