MA 2 Resolvida

Prévia do material em texto

SOCIEDADE UNIVERSITÁRIA REDENTOR 
CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIREDENTOR 
GRADUAÇÃO 
Aluno(a): Eduardo Mendonça Lima Matrícula: 2000542 
Professor(a): Daniel Passos Gallo 
Disciplina: Termodinâmica Clássica 
Atividade: MA2 Valor: 15 pontos Postagem: 26/05/2022 
 
Ciclo Stirling 
 
 O motor de ciclo Stirling é um motor de combustão EXTERNA, aperfeiçoado pelo 
escocês Robert Stirling em 1816 junto com seu irmão engenheiro James Stirling. Eles 
queria a substituição do motor a vapor, mesmo o motor stirling tendo grande 
semelhança na estrutura e na teoria. 
 No inicio do século XIX, as máquinas a vapor explodiam com muita frequência 
pois havia pouca tecnologia metalúrgica das caldeiras, que quando submetidas a alto 
trabalho e à altas pressões se rompiam com facilidade. Sendo assim, os irmão Stirling, 
buscaram criar um mecanismo mais seguro para operar nas fábricas. O motor do ciclo 
Stirling também é chamado de motor de ar quente, por utilizar os gases da atmosfera 
como fluido para trabalho, ou seja, a combustão ocorre fora do motor. 
 Ele se trata de um motor muito simples, pois consiste basicamente em duas 
câmaras com temperaturas diferentes. A dilatação do ar nessas câmaras move um 
pistão ou êmbolo, gerando assim trabalho mecânico. Como não há emissões de 
poluentes por parte da sua fonte de trabalho, os motores são considerados de ciclo 
fechado. 
 Os motores apresentam uma eficiência muito alta se comparados com os motores 
de combustão interna, atingindo até 45% de eficiência energética, sendo que os outros 
motores, apresentam uma eficiência de 20% a 30%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Podemos calcular a eficiência dos motores de Stirling pela mesma maneira que 
se calcula no ciclo de Carnot: 
 
 
 
 
 Sendo: 
 
 
 Praticamente qualquer fonte de calor pode ser usada no funcionamento desses 
motores. Basta que haja uma diferença significativa entre as temperaturas das partes 
quentes e frias do motor. 
 Os motores de Stirling funcionam por meio de um ciclo denominado Ciclo Stirling, 
um ciclo termodinâmico reversível e cíclico que apresenta quatro tempos de 
funcionamento, sendo eles os seguintes: 
1. Expansão isotérmica: é o processo em que o ar presente no motor sofre uma 
expansão aproximadamente isotérmica, absorvendo calor de fontes externas 
como a queima de carvão, velas e entre outros; 
2. Resfriamento isovolumétrico: nesse processo, o ar presente no motor transfere 
calor para o meio externo, mantendo-se a volume constante; 
3. Compressão isotérmica: este é o processo em que o ar contido dentro do 
cilindro do motor é contraído e sua pressão aumenta grandemente, em um 
proceso que ocorre a temperatura constante; 
4. Aquecimento isovolumétrico: o último processo do ciclo, ocorre a volume 
constante e envolve transferência de calor da fonte quente para o ar contido 
dentro do cilindro do motor. 
 
 
 
 
 
 
 Podemos representar o ciclo stirling pelo seguinte gráfico: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 As vantagens dos motores baseados no ciclo stirling são as seguintes: 
• Causam pouca poluição; 
• São bastante silenciosos e geram pouca vibração; 
• Podem utilizar qualquer fonte de calor como combustível como gasolina, diesel, 
GLP, energia solar, calor geotérmico, etc; 
• São motores de alto rendimento, sua eficiência depende exclusivamente da 
diferença de temperatura entre suas câmaras quente e fria. 
 
 As desvantagens são as seguintes: 
• Por serem pouco populares, seu custo de produção é bem elevado; 
• O sistema de vedação do gás utilizado nas câmaras é de difícil controle; 
• Mudar a velocidade de rotação desse tipo de motor é bastante complexo. 
 
 
 
 
Como já explicado acima, resumidamente o motor de ciclo Stirling é a seguinte: 
Inicia-se o ciclo com a compressão do gás frio, na sequência é efetuado o 
aquecimento do gás (a volume constante), a expansão e, ao fim, o resfriamento 
do gás, para início novamente do mesmo ciclo.