APS - Robert Stirling

Biografia:

Robert Stirling

Nasceu em 25 Outubro de 1790 em Gloag, no condado de Perthshire, na Escócia,.

Faleceu a 6 de Junho de 1878 em Galston, cidade localizada a cerca de 30 km ao sul de Glasgow.

A VIDA

Foi o terceiro filho de uma família de oito e um brilhante aluno tanto na escola como na universidade; estudou na Universidade de Edimburgo de 1805-1808 latim, grego, lógica, Matemática e Direito e também estudou teologia na Universidade de Glasgow.

Casou-se em 10 de Julho de 1819, com Jean Rankin. O casal teve sete filhos. Os seus quatro rapazes tornaram-se engenheiros ferroviários (Patrick, William, Robert e James), um outro optou por se tornar um clérigo (David). Quanto às duas mulheres, (Jane e Agnes) tornaram-se artistas talentosas, cujos talentos foram confinados para a família.

O PROJETO

Naquele tempo, as caldeiras a vapor explodiam frequentemente, e faziam vítimas, devido a problemas de projeto, má qualidade dos materiais, ausência de regras de utilização e manutenção, foram as razões desses desastres. Foram esses problemas aliados às descobertas cientificas e tecnológicas que levou Robert Stirling a imaginar um motor sem caldeira submetido a fortes pressões.

O dispositivo Stirling foi utilizado pela primeira vez em 1818 para bombear água para uma pedreira; Também foi utilizado para retirar água dos Poços.

Em 1843, as alterações ao desenho feitas por Stirling e pelo seu irmão tinham já permitido um aumento de potência suficiente para mover máquinas numa fundição em Dundee (Escócia), ainda que com muitos problemas técnicos.

A Philips “ressuscitou” o desenho no final dos anos 30 e início dos anos 40 com vista à alimentação de rádios de válvula em zonas sem energia eléctrica (numa altura em que os motores Stirling tinham praticamente deixado de ser usados).

Robert Stirling e o seu motor não tiveram de modo algum a “fama” que mereciam. Nos tempos que correm, quase 3 séculos depois do nascimento Robert Stirling, tendo em conta as preocupações na área da energia e da ecologia em que o mundo se encontra, começam a dar-lhe o mérito que ele tanto merece.

Descrição:

Apesar do motor de Stirling não ser classificado como um motor de combustão interna, a construção e aplicação desse motor pode ser logicamente examinado nesse ponto, particularmente na comparação com um motor de combustão interna. O conceito elementar do motor de Stirling é um arranjo mecânico cilindro-e-pistão e uma fonte de calor que é externa ao cilindro. No geral, o motor é mais complexo que o convencional motor S-I ou C-I.

Robert Stirling desenvolveu o motor original em 1816. Um vasto número desses motores foram construídos e demonstrados obtendo-se uma boa performance com uma pequena quantidade de energia de saída. Eventualmente, outros tipos de motores substituiram o motor de Stirling. Entretanto, em alguns lugares do mundo, o uso limitado do motor continuou, primariamente para bombear água. Recentemente, o interesse pelo motor de Stirling ressurgiu, e o trabalho de desenvolvimento, conduzido principalmente na Europa é direcionado para a eliminação das dificuldades de operação que restringem o uso extensivo do motor.

O ciclo teórico do ciclo de Stirling é mostrado nos diagramas P-v e T-s. Todo o calor obtido de uma fonte externa é fornecido isotermicamente à temperatura TH. Calor é rejeitado isotermicamente à temperatuta TLpara um recipiente ou depósito. Os dois processos de volume constante, 2-3 e 4-1, são realizados por transferência interna de calor, Q2-3= - Q4-1. Essa transferência interna de calor é particularmente significante porque a transferência externa de calor é efetuada unicamente nos dois processos isotérmicos nas temperaturas altas e baixas do ciclo. A eficiência teórica do ciclo de Stirling é consequentemente igual a eficiência térmica do ciclo de Carnot para valores de temperaturas TH e TL.

Na comparação com um motor de combustão interna, o atual motor de Stirling é consideravelmente mais complexo. Uma simples máquina cilindro-pistão não pode ser construída, primariamente por causa da prescrita transferência de calor regenerativa e das dificuldades encontradas na tentativa de adquirir compressão isotérmica e expansão do fluído atuante.

O modelo original de Stirling foi baseado no conceito da utilização de um simples cilindro equipado com dois pistões. Uma versão moderna deste modelo é mostrada abaixo. Dois pistões, um êmbolo e um pistão de energia, operam por um virabrequim. Usualmente, o êmbolo guia o pistão de energia por 90°. O sistema fechado é carregado com gás permanente, usualmente hidrogênio ou hélio. Hidrogênio, entretanto, é considerado o fluido de trabalho mais estável para o motor de Stirling. Uma câmara de combustão localizada no topo do cilindro, abastece o aquecimento indireto do gás. Gás em alta pressão, na ordem de 100 a 200 atm, são observadas no motor de Stirling.

O volume total de gás incluso varia com o movimento do pistão de energia. O êmbolo divide o volume incluso em duas regiões principais, o espaço de expansão e o espaço de compressão, que são mantidos em diferentes temperaturas. O movimento do êmbolo muda a proporção de gás nos dois espaços ao mesmo tempo que mantém a mesma pressão do gás nas faces opostas do êmbolo. Porque o êmbolo opera com pressões virtualmente balanceadas, é adequada uma construção de uma fina concha de aço. Compressão e expansão do volume total de gás são efetuados pelo movimento do pistão de energia.

Quando o êmbolo está na posição mais alta do cilindro, a maioria do gás está no espaço frio. O movimento de descida do êmbolo causa o movimento do gás do espaço frio através do circuito de troca de calor, chamado, o refrigerador, regenerador e aquecedor, e dentro do espaço quente. O efeito em rede do aquecimento de gás é o rápido desenvolvimento de uma alta pressão de gás no espaço de expansão. Por causa da tendência para igualar pressões por todo o volume de gás, uma alta pressão é exercida na face do pistão de energia.

O movimento de subida do êmbolo faz com que a maior parte do gás se mova