Termodinamica

Desenvolvemos neste trabalho um modelo mecânico com base no motor stirling ,que basicamente é um motor movido a combustão.

OBJETIVO

Objetivo é provar e explicar como funciona uma máquina térmica, e desenvolver os conhecimentos de engenharia; fabricando e testando esta máquina, além de explicar os conceitos de termodinâmicos presentes no experimento.

TEORIA

O motor stirling foi desenvolvido a partir do ciclo stirling, que é um ciclo termodinâmico. Foi originalmente inventado, desenvolvido e patenteado em 1816 pelo Dr. Robert Stirling com ajuda de seu irmão (um engenheiro).

Como no início do século XIX havia grande limitação tecnológica, as máquinas a vapor explodiam com freqüência quando suas peças eram submetidas a alta pressão. A partir de analises baseadas nesses fatos, os irmão Stirling desenvolveram um ciclo que tornaria as máquinas mais seguras, e este ciclo foi o mais eficiente que os empregados nas máquinas da época.

Este ciclo Stirling é fechado, e representa o limite máximo de eficiência para uma máquina térmica, posteriormente construída pela empresa Holandesa Phillips nos anos 1950 e 1960 o motor stirling chegou a oferecer 45% de rendimento em máquinas térmicas.

O ciclo Stirling é composto de algumas fases:

1. Expansão isotérmica: Uma fonte de calor externa aquece o gás enquanto este se expande a fim de que sua temperatura permaneça constante.

2. Resfriamento isocórico: O calor é retirado do gás.

3. Compressão isotérmica: O gás é refrigerado enquanto seu volume diminui para que sua temperatura não aumente.

4. Aquecimento isocórico: O gás é aquecido até a temperatura inicial e o ciclo recomeça.

O motor Stirling, foi aperfeiçoado pelo pastor escocês Robert Stirling em 1816, também com auxilio de seu irmão engenheiro. Sua principal idéia era substituir o motor a vapor, com o qual o motor Stirling tem grande semelhança estrutural e teórica. Sensibilizados com a dor das famílias dos operários mortos em acidentes, os irmãos Stirling procuravam implantar um mecanismo mais seguro.

O motor Stirling teoricamente é um motor a combustão, é uma máquina térmica o mais eficiente possível.

O motor Stirling chega a surpreender por sua simplicidade, pois consiste em duas camadas em diferentes temperaturas que aquecem e arrefece um gás de forma alternada, provocando assim expansão e contração em ciclos, fazendo assim movimentar êmbolos ligados a um eixo comum, como um pistão de atualmente. Para diminuir as perdas térmicas, geralmente é instalado um regenerador entre a câmara quente e fria, fazendo com que o calor que (seria rejeitado na camada fria) fique armazenado para a seguinte fase, incrementando um pouco a eficiência termodinâmica. Geralmente o gás utilizado nos modelos mais simples é o ar, hélio ou hidrogênio pressurizado (até 150 Kgf/cm²) é empregado nas versões de alta potencia e rendimento, por serem gases com condutividade térmica elevada e menor viscosidade, sendo assim, transportam energia térmica (calor) mais rapidamente e têm menor resistência ao escoamento, o que implica em menos perda por atrito.

Ao contrário dos motores de combustão interna, o fluído de trabalho nunca deixa o interior do motor; trata-se, portanto de uma máquina térmica de ciclo fechado.

De acordo com nossas fontes de pesquisa, o motor Stirling apresenta vastagens e desvatagens.