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Aplicações do motor Stirling

Aplicações do motor Stirling

As aplicações do motor Stirling podem ser divididas em três categorias principais:

  • Propulsão mecânica
  • Aquecimento e arrefecimento
  • Sistemas de geração de energia

Um motor Stirling é um motor térmico que funciona por compressão cíclica e expansão de ar ou outro gás, o fluido de trabalho. Durante o ciclo de Stirling, há uma conversão líquida de calor para trabalho mecânico. O motor do ciclo Stirling também opera em sentido inverso, usando uma entrada de energia mecânica para conduzir a transferência de calor em uma direção reversa (isto é, uma bomba de calor ou refrigerador).

Geração de energia elétrica por um motor Stirling

Energia Nuclear

Há potencial para motores de propulsão nuclear Stirling em usinas de geração de energia. Substituir as turbinas a vapor de usinas nucleares por motores Stirling poderia simplificar a usina, produzir maior eficiência e reduzir os subprodutos radioativos. Vários projetos de reatores reprodutores usam o sódio líquido como refrigerante. Se o calor é para ser usado em uma usina de vapor, um trocador de calor de água / sódio é necessário, o que gera alguma preocupação, já que o sódio reage violentamente com a água. Um motor Stirling elimina a necessidade de água em qualquer parte do ciclo. Isso teria vantagens para instalações nucleares em regiões secas.

Energia solar

O motor de Stirling está no foco de um espelho parabólico um motor Stirling pode converter a energia solar em electricidade com células fotovoltaicas melhores do que não concentrado, e comparáveis à eficiência fotovoltaica concentrada.

Combined heat and power

Em um sistema combinado de calor e energia (CHP), energia mecânica ou elétrica é gerada da maneira usual, no entanto, o calor residual emitido pelo motor é usado para fornecer uma aplicação de aquecimento secundário. Isso pode ser praticamente qualquer coisa que use calor a uma temperatura baixa. Muitas vezes, é um uso de energia pré-existente, como aquecimento de espaços comerciais, aquecimento de água residencial ou um processo industrial.

As usinas termelétricas da rede elétrica usam combustível para produzir eletricidade. No entanto, existem grandes quantidades de calor residual que muitas vezes não são usadas. Em outras situações, o combustível de alta qualidade é queimado em alta temperatura para uma aplicação de baixa temperatura. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, um motor térmico pode gerar energia a partir dessa diferença de temperatura. Em um sistema de CHP, o calor de alta temperatura primário que entra no aquecedor do motor Stirling, então parte da energia que é convertida em energia mecânica, em que o motor e o restante vai para o arrefecedor onde sai a uma temperatura baixa. O calor "residual" na verdade vem do líquido de arrefecimento do motor principal, e, possivelmente, de outras fontes, como o escape do queimador, se for o caso.

A energia produzida pelo motor pode ser usada para executar um processo industrial ou agrícola, que por sua vez gera resíduos de biomassa residual que podem ser usados como combustível livre para o motor, o que reduz os custos de descarte de resíduos. O processo geral pode ser eficiente e lucrativo.

Motores a motor para saída mecânica e propulsão

Motores para automóveis

É frequentemente alegado que o motor Stirling tem uma relação de potência / peso muito baixa, um custo muito alto e um tempo de partida muito longo para aplicações automotivas. Eles também têm trocadores de calor complexos e caros. Um resfriador Stirling deve rejeitar duas vezes mais calor que um motor Otto ou um radiador a diesel.

O aquecedor deve ser feita de aço inoxidável, ligas de exótico ou cerâmico para resistir a altas temperaturas de aquecimento necessárias para uma elevada densidade de potência e do gás contendo hidrogénio é muitas vezes usado no Stirling automóvel para maximizar a potência. A principal dificuldade no uso do motor Stirling em uma aplicação automotiva são o tempo de inicialização, a resposta de aceleração, o tempo fora e peso, eles não são todas as soluções prontas.

Motores para avião

Motores de Stirling podem ser teoricamente promissores como motores de aviação, se alta densidade de potência e baixo custo podem ser alcançados. Eles são mais silenciosos, menos poluentes, ganham eficiência com a altitude devido a temperaturas ambientes mais baixas, são mais confiáveis devido a menos peças e a ausência de um sistema de ignição, produzem muito menos vibração (as fuselagens podem durar mais) e usar combustíveis mais seguros e menos explosivos. No entanto, o motor Stirling costuma ter uma baixa densidade de potência em comparação com o motor Otto comumente usado e a turbina a gás de ciclo Brayton. Esse problema tem sido uma fonte de discórdia nos automóveis, e essa característica de desempenho é ainda mais crítica em motores de aeronaves.

Veículos elétricos

Motores Stirling como parte de um sistema de acionamento elétrico híbrido pode evitar os desafios ou desvantagens de projetar um carro não-híbrido Stirling.

Em novembro de 2007, o projeto Precer na Suécia anunciou um protótipo de carro híbrido com biocombustível sólido e um motor Stirling.

Motores marinhos

O motor Stirling pode ser adequado para sistemas de energia submersa, onde o trabalho elétrico ou mecânico é necessário em um nível intermitente ou contínuo. A General Motors realizou uma quantidade considerável de trabalho em motores avançados do ciclo Stirling, que incluem armazenamento térmico para aplicações submarinas. A United Stirling, em Malmo, na Suécia, está desenvolvendo um motor experimental de quatro cilindros que usa peróxido de hidrogênio como oxidante em sistemas de energia subaquática.

Motores de bombas

Os motores Stirling podem acionar bombas para movimentar fluidos, como água, ar e gases. Por exemplo, a potência de saída ST-5 da Stirling Technology Inc., de 5 cavalos de potência (3,7 kW), que pode operar um gerador de 3 kW ou uma bomba de água centrífuga.

Aquecimento e arrefecimento

Se for fornecido com energia mecânica, um motor Stirling pode funcionar em sentido inverso como uma bomba de calor para aquecimento ou resfriamento. No final da década de 1930, a Philips Corporation da Holanda usou com sucesso o ciclo de Stirling em aplicações criogênicas. Os experimentos foram realizados utilizando a energia eólica que aciona uma bomba de calor Stirling para aquecimento doméstico e ar condicionado.

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Última revisão: 7 de maio de 2018