Motor Stirling: Funcionamento e Eficiência

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Motor Stirling 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ 
CAMPUS PARNAÍBA COORDENAÇÃO DO CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA
 DISCIPLINA: ASTRONOMIA OBSERVACIONAL
PARNA Í BA
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H i s t ó r i a d o M o t o r S t i r l i n g
F u n c i o n a m e n t o
V a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s
C á l c u l o d o r e n d i m e n t o d o m o t o r S t i r l i n g
 
Í N D I C E
O motor de Stirling foi inventado em 1816 por Robert Stirling com o
auxílio de seu irmão. Eles buscavam substituir os motores a vapor,
que causavam diversos acidentes entre os seus funcionários. Esse
motor é de combustão externa – a combustão ocorre fora do
motor – e utiliza como fluido de trabalho somente o ar aquecido
pela combustão.
Sensibilizados com a dor das famílias dos operários mortos em
acidentes, os irmãos Stirling procuraram conceber uma máquina
mais segura.
O objetivo inicial deles foi a substituição do motor a vapor, com o
qual o motor Stirling tem grande semelhança estrutural e teórica.
História do Motor Stirling
https://pt.wikipedia.org/wiki/Robert_Stirling
Os motores de Stirling funcionam por meio do Ciclo Stirling: um ciclo termodinâmico reversível e
cíclico que apresenta quatro tempos de funcionamento.
Expansão isotérmica – processo em que o ar presente no motor sofre uma expansão
aproximadamente isotérmica, absorvendo calor de fontes externas (queima de carvão, velas
etc.);
1.
Resfriamento isovolumétrico – o ar presente no motor transfere calor para o meio externo,
mantendo-se a volume constante;
2.
Compressão isotérmica – processo em que o ar contido dentro do cilindro do motor é
contraído e sua pressão aumenta grandemente, em um processo que ocorre em
temperatura constante;
3.
Aquecimento isovolumétrico – o último processo ocorre a volume constante e envolve
transferência de calor da fonte quente para o ar contido dentro do cilindro do motor.
4.
Funcionamento do motor Stirling
Na figura a seguir 1, o diagrama P-V (Pressão x Volume) representa o funcionamento do ciclo
Stirling, na figura 2, Fases do ciclo Stirling:
Figura 1:
https://static.mundoeducacao.uol.com.br/mundoeducacao/c
onteudo/ciclostirling.jpg
FIgura 2: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/Ideal-stirling-cycle.gif
Trata-se de um motor muito simples, pois consiste basicamente em duas câmaras com
temperaturas diferentes. A dilatação do ar nessas câmaras move um pistão (ou êmbolo),
gerando trabalho mecânico. Como não há emissões de poluentes por parte da substância de
trabalho (gases ou o ar atmosférico), os motores de Stirling são considerados de ciclo fechado.
Os motores de Stirling apresentam uma eficiência muito alta se comparados com os motores
de combustão interna (como aqueles que movem os carros a gasolina), atingindo até 45% de
eficiência energética, muito além dos 20% a 30% atingidos por outros tipos de motores, como
os motores movidos a óleo diesel ou gasolina.
Vantagens e desvantagens do motor Stirling
Os motores baseados no ciclo de Stirling apresentam as seguintes vantagens:
Causam pouca poluição;
São bastante silenciosos e geram pouca vibração;
Podem utilizar praticamente qualquer fonte de calor como combustível: gasolina, diesel, GLP,
energia solar, calor geotérmico etc.;
São motores de alto rendimento – sua eficiência depende exclusivamente da diferença de
temperatura entre suas câmaras quente e fria, assim como o Ciclo de Carnot.
Podemos listar como desvantagens dos motores Stirling:
Por serem pouco populares, seu custo de produção é elevado;
O sistema de vedação do gás utilizado nas câmaras é de difícil controle;
Mudar a velocidade de rotação desse tipo de motor é um processo complexo.
A eficiência dos motores de Stirling pode ser calculada da mesma maneira que ocorre no
ciclo de Carnot:
Sendo:
R: Rendimento do motor;
Tf: Temperatura da câmara de temperatura mais baixa (em Kelvin);
Tq: Temperatura da câmera de temperatura mais elevada (em Kelvin).
Referências
Electricscotland Significant Scots. Biografia de Robert Stirling
The Air Engine: Stirling Cycle Power for a Sustainable Future. Autor: Allan J. Organ. Elsevier, 2007, pág. 252, (em inglês) ISBN
9781845693602 Adicionado em 13/06/2018.
http://www.electricscotland.com/history/men/stirling_robert.htm
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Fontes_de_livros/9781845693602
https://pt.wikipedia.org/wiki/Especial:Fontes_de_livros/9781845693602