O motor Stirling é um tipo de motor térmico. Sua operação é baseada na expansão e contração de um gás. Esse gás é forçado a mover-se ciclicamente de um foco frio onde contrai para uma área quente onde se expande.
O motor Stirling foi inventado em 1816 por Robert Stirling. O objetivo era obter um motor menos perigoso que o motor a vapor.
Originalmente, o motor Stirling foi concebido como um motor principal industrial para competir com o motor a vapor. Na prática, por mais de um século, foi usado apenas para aplicações domésticas e para motores de baixa potência.
O desenvolvimento ainda está sob investigação. O fato de você precisar apenas de uma fonte de calor externa proporciona grande versatilidade, pois oferece a possibilidade de usar muitas fontes de energia para sua operação.
Como funciona um motor Stirling?
O motor Stirling em um ciclo regenerativo termodinamicamente "fechado", com compressão cíclica e expansão cíclica do fluido de trabalho em diferentes níveis de temperatura.
Como o motor a vapor, o motor Stirling é tradicionalmente 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.
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.
A variação da pressão ocorre no cilindro do corpo imerso. O corpo imerso está na zona fria. O calor fornecido neste momento gira o volante e o virabrequim. Com isso, a energia térmica é convertida em energia mecânica.
O deslocador facilita o deslocamento do gás em direção às zonas desejadas de forma cíclica. Normalmente, o pistão e o deslocador são acionados pelo acoplamento mecânico em um eixo de manivela. Esses elementos são montados com um deslocamento de 90 graus. Esse atraso é obrigatório para que a operação correta esteja correta. Caso contrário, a eficácia seria reduzida.
A eficiência do processo é altamente restrita pela eficiência do ciclo de Carnot. De acordo com o ciclo de Carnot, a eficiência depende da diferença de temperatura entre o tanque quente e o frio.
Características do motor Stirling
O motor Stirling é caracterizado por:
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Sua alta eficiência em comparação com as máquinas a vapor
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Operação silenciosa
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Facilidade com a qual quase qualquer fonte de calor pode ser usada.
Essa compatibilidade com fontes de energia renováveis e alternativas tornou-se cada vez mais importante à medida que o custo dos combustíveis convencionais aumentou.
Ciclo de Stirling
O ciclo Stirling ideal consiste em processos:
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1-2 expansão isotérmica do fluido de trabalho com o suprimento de calor do aquecedor. Expansão de temperatura constante.
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2-3 eliminação do calor isocórico do fluido de trabalho para o regenerador. Processo em volume constante.
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3-4 compressão isotérmica do fluido de trabalho com remoção de calor no refrigerador.
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4-1 Aquecimento isocórico do fluido de trabalho com o suprimento de calor do regenerador. Processo em volume constante. Nesse ponto, o gás está a uma temperatura mais baixa.
Aplicações de motores Stirling
Os mecanismos de striling possuem vários aplicativos em diferentes campos, como:
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Saída mecânica e propulsão. Esses tipos de motores têm sido utilizados na indústria automotiva e na propulsão marítima, entre outros exemplos. Comparado aos motores térmicos, é possível obter um bom desempenho.
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Geração de eletricidade. Nesse caso, existem aplicações relacionadas à energia nuclear e energia solar térmica. Nos dois casos, trata-se de usar esses recursos como fonte de calor para acionar uma turbina a vapor.
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Bomba de calor. Graças ao trocador de calor desses sistemas e ao fato de serem reversíveis, eles podem ser usados para fornecer calor ou frio.