Combustivel do motor stirling e suas propriedades.

Combustivel do motor stirling e suas propriedades.

Motor Stirling Resumindo: o motor Stirling é um motor térmico que trabalha a partir da energia proveniente da expansão e contração de um gás. O motor utiliza um determinado volume de um gás qualquer, que é aquecido externamente, e pode expandir-se livremente. Regenerador: este componente do motor é usado para “armazenar” o calor durante parte do ciclo e devolvê-la ao gás durante o restante do ciclo. Ele permite que o calor rejeitado durante o processo 4-1 seja usado como o calor fornecido no processo 2-3. A inclusão deste componente do motor Stirling aumenta o rendimento, pois com o seu uso o ciclo se torna mais próximo do teórico. Como funciona??? O ciclo Stirling, no seu lado quente, aproveita a energia térmica (calor) de outra fonte, que pode ser proveniente da queima de algum combustível ou de certas quantidades de calor rejeitadas em outros ciclos, como por exemplo, os condensadores das termoelétricas, ou o escapamento dos automóveis. A partir desse calor, o ciclo Stirling é capaz de produzir trabalho. Motor Stirling do tipo beta O motor Stirling é um motor de combustão externa e surpreende por sua simplicidade, pois consiste de duas câmaras em diferentes temperaturas que aquecem e arrefecem um gás de forma alternada, provocando expansões e contrações cíclicas, o que faz movimentar dois êmbolos ligados a um eixo comum. Ao contrário dos motores de combustão interna, o fluido de trabalho nunca deixa o interior do motor; trata-se portanto de uma máquina de ciclo fechado. O gás utilizado nos modelos mais simples é o ar. Hélio ou hidrogênio pressurizado são empregados nas versões de alta potência e rendimento, por serem gases com condutividade térmica mais elevada e menor viscosidade, isto é, transportam energia térmica (calor) mais rapidamente e têm menor resistência ao escoamento, o que implica menos perdas por atrito. O ciclo Stirling pode também ser usado em outras aplicações, como no caso da utilização de um motor para obtenção de trabalho mecânico, ou energia cinética, que pode ser convertida em energia elétrica sendo assim considerado como uso alternativo aos combustíveis fósseis. A energia desta expansão pode ser usada para mover motores, gerar energia, ou outra aplicação que se desejar, como por exemplo, para refrigeração e/ou aquecimento. Esta configuração consiste num cilindro cujas extremidades são pólos térmicos (num temos uma fonte de calor e no outro, um sistema de arrefecimento). O gás usado, o ar, é transferido entre os dois pólos térmicos através de um êmbolo deslocador (que contém um regenerador que aumenta a eficiência térmica do motor). O movimento não altera o volume do gás mas se limita a transferi-lo entre os dois pólos. Este tipo de motor funciona com um ciclo termodinâmico composto de 4 fases e executado em 2 tempos do pistão:

1) compressão isotérmica (temperatura constante)

2) aquecimento isocórico (volume constante)

3) expansão isotérmica

4) arrefecimento isocórico.

Há três configurações básicas, principais, de motor stirling: Alfa, Beta e Gama O motor usa hélio ou nitrogênio comprimidos, por exemplo, em vez de CFC’s e HFC’s para fins de refrigeração.

Para estes casos, o ciclo Stirling pode ser usado como alternativa, atuando com mais eficiência e de maneira ecológica se comparado com os refrigeradores comuns. Numa região do dispositivo, o fluido em expansão é em seguida, resfriado e em outra região em compressão o fluido é em seguida, aquecido.

A parte aquecida produz calor e a parte arrefecida extrai o calor do ambiente exterior, provocando assim o efeito de refrigeração. Motor Stirling do tipo alfa Idealizado pelos irmãos Stirling visando a substituição do motor a vapor que explodia com muita frequência, pois as caldeiras se rompiam quando submetidas à alta pressão.

A máquina de Stirling era mais segura porque funcionava com pressões relativamente baixas, usando internamente ar ou outros gases. Motor Stirling do tipo beta Resfriamento isovolumétrico: O pistão quente retorna até a posição superior (Hmax) enquanto, simultaneamente, o pistão frio desce (Cmin) quando o gás passa novamente através do regenerador entregando calor que será usado novamente na fase 2. Esta transformação é a volume constante o que causa queda de pressão do gás. Esta fase completa o ciclo. Expansão isotérmica: O gás é aquecido através de uma fonte de calor externa de temperatura (Th) e se expande. A expansão impulsiona o pistão quente até a posição inferior (Hmin). Aquecimento isovolumétrico: O pistão do lado frio continua se movendo para cima, do ponto intermediário (Ci) até Cmax enquanto o pistão quente desce até o ponto intermediário (Hi) o que faz com que o gás atravesse o regenerador. Passando pelo regenerador o gás sofre um acréscimo de temperatura. Com o volume constante no regenerador este acréscimo na temperatura causa um aumento da pressão.

Compressão isotérmica : O pistão frio se move para cima até um ponto intermediário (Ci), comprimindo o gás de trabalho, e o calor produzido pela compressão é simultaneamente removido. Motor Stirling do tipo alfa Arrefecimento Isocórico (1-4): O êmbolo deslocador transfere agora o gás que se encontra no pólo quente para o pólo frio. Visto que o gás é agora arrefecido pelo sistema de arrefecimento, a pressão diminui sem que se verifique, no entanto, variação no volume durante a diminuição da pressão.

Expansão Isotérmica (1-2) : Devido à pressão acrescida no gás, este vai empurrar o pistão realizando assim, trabalho para o exterior enquanto absorve calor da fonte quente. Aquecimento Isocórico (2-3): O êmbolo deslocador transfere o gás que se encontra no pólo frio para o pólo quente. Sendo o gás aquecido pela fonte de calor, a pressão deste aumenta, sem que haja no entanto, variação no volume durante o aumento de pressão. Contração Isotérmica (4-3): Estando o gás, a uma pressão inferior, o pistão vai ser empurrado pelo ar exterior, diminuindo o volume e sofrendo por isso trabalho, enquanto dissipa calor para exterior.

Figura 1: Ciclo de Carnot

Fonte: http://www.mspc.eng.br/termo/termod0510.shtml

Faixa de temperatura de arrefecimento no Ciclo de Stirling, e o tipo de termômetro utilizado .

O ciclo Stirling é um ciclo termodinâmico que descreve a classe geral dos dispositivos de Stirling. Isso inclui o motor

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