Motor Stirling

Sistemas de Potência

Motor Stirling

UNIP - Universidade Paulista

Campinas

2015

Sistema de potência a gás

Trabalho sobre Máquinas Térmicas- Motor Stirling do 5º Semestre da turma Engenharia Mecânica apresentado como requisito para obtenção de nota na matéria de APS (Atividades Praticas Supervisionadas), sob orientação do Professor Mauricio Corrêa.

UNIP - Universidade Paulista

Campinas

2015

“Para subir uma escada, deve-se iniciar do primeiro degrau.”

AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente à Deus por todas as conquistas.

A Unip, por proporcionar nosso crescimento intelectual.

A professor Mestre pelas orientações, imensa paciência e por nos instruírem em nossa jornada universitária.

A nossa família por compreenderem a ausência durante o desenvolvimento desde trabalho.

A todos do grupo pelo empenho e dedicação.

Resumo

O sistema de potência que apresentamos é o tipo de motor ciclo Stirling.

Abordamos as características do motor Stirling, onde a sua aplicação é mais indicada e apresentamos um estudo de caso para este tipo de sistema.

São apresentados também a relação com o ciclo de Carnot para o caso e uma análise da segunda lei da Termodinâmica, assim como apresentação prática de um protótipo de motor Stirling.

Palavras Chave:

Sistema de potência, Ciclo Stirling, Calor.

Sumário

Agradecimentos iv

Resumo v

Introdução 1

Descrição do sistema 2

Ciclo Stirling 2

Funcionamento 4

Diagrama P X V para o ciclo Stirling 5

Tipos de motores Stirling 6

Vantagens 8

Desvantagens 8

Aplicações 8

Conclusão 9

Bibliografia 9

Introdução

Este trabalho foi solicitado para estudarmos sobre o sistema de potencia Ciclo Stirling.

O sistema Stirling foi inventado no século XIX, este tipo de motor é um dos mais eficiente, porem não muito conhecido e utilizado. Possui diversas vantagens sobre os outros tipos de motores, como ciclo Otto e Diesel pois é de combustão externa e de construção simples.

Demostraremos o funcionamento do Ciclo Stirling, suas aplicações, vantagens e desvantagens.

Descrição do sistema

Ciclo Stirling

O motor Stirling é um motor de combustão externa, aperfeiçoado pelo pastor escocês Robert Stirling em 1816, auxiliado pelo seu irmão engenheiro. Eles visavam a substituição do motor a vapor, com o qual o motor Stirling tem grande semelhança estrutural e teórica. No início do século 19, as máquinas a vapor explodiam com muita freqüência, em função da precária tecnologia metalúrgica das caldeiras, que se rompiam quando submetidas à alta pressão. Sensibilizados com a dor das famílias dos operários mortos em acidentes, os irmãos Stirling buscaram conceber um mecanismo mais seguro. É referido também como "motor de ar quente", por utilizar os gases atmosféricos como fluido de trabalho.

O motor Stirling surpreende por sua simplicidade, pois consiste de duas câmaras em diferentes temperaturas que aquecem e resfriam um gás de forma alternada, provocando expansão e contração cíclicas, o que faz movimentar dois êmbolos ligados a um eixo comum. O gás utilizado nos modelos mais simples é o ar (daí a expressão citada acima); hélio ou hidrogênio pressurizado (até 15 MPa) 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. 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. De acordo com a lei dos gases ideais, que relaciona as propriedades do gás: temperatura (T), pressão (P) e volume (V) com o número de moles (n), têm – se a equação:

, onde R é constante universal dos gases. Segundo Cordeiro e Hoffamann (2002), todo ciclo termodinâmico envolve transformações com a variação de uma destas três grandezas dos gases.

Teoricamente, o motor Stirling é a máquina térmica mais eficiente possível. Alguns protótipos construídos pela empresa holandesa Phillips nos anos 50 e 60 chegaram a índices de 45%, superando facilmente os motores a gasolina, diesel e as máquinas a vapor (eficiência entre 20% e 30%). A fim de diminuir as perdas térmicas, geralmente é instalado um "regenerador" entre