O funcionamento de um motor de combustão externa

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combustível. A tecnologia de uso de energia solar encontra-se em fase adiantada de estudos e desenvolvimento.

1° Lei da Termodinâmica

Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica, o princípio da conservação de energia aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.

Analisando o princípio da conservação de energia ao contexto da termodinâmica:

Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho e aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:

Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).

Aplicando a lei de conservação da energia, temos:

ΔU= Q - → Q = ΔU +

• Q - Quantidade de calor trocado com o meio:

• Q > 0 - O sistema recebe calor;

• Q < 0 - O sistema perde calor.

• ΔU - Variação da energia interna do gás:

• ΔU > 0 - A energia interna aumenta, portanto, sua temperatura aumenta;

• ΔU < 0 - A energia interna diminui, portanto, sua temperatura diminui.

• - Energia que o gás troca com o meio sob a forma de trabalho:

• > 0 - O gás fornece energia ao meio, portanto, o volume aumenta;

• < 0 - O gás recebe energia do meio, portanto, o volume diminui.

Para um processo a uma temperatura constante de um gás ideal:

Q = W = pV ln(V2/V1)

A eficiência térmica do ciclo de Stirling é :

= (Qs - Qr) / Qs = [p1V1 ln (V2/V1) - p3V3 ln (V3/V4)] / p1V1 ln (V2/V1)

= [mRT1 ln (V2/V1) - mRT3 ln (V3/V4)] / mRT1 ln (V2/V1)

Mas:

V2 = V3 e V1 = V4

Assim V2/V1 = V3/V4 e

= ( T1 - T3) / T1 = ( TH - TL) / TH = 1- TL/TH

Todo o calor obtido de uma fonte externa é fornecido isotermicamente à temperatura TH. O calor é rejeitado isotermicamente à temperatura TL para um recipiente ou depósito. Os dois processos de volume constante, são realizados por transferência interna de calor. 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.

Uma transformação isotérmica de uma gás, ocorre quando a temperatura inicial é conservada. Certa massa de gás ocupa certo volume, contrariamente proporcional à sua pressão. Isso ocorre à temperatura constante.

A lei física que expressa essa relação é conhecida como Lei de Boyle e é matematicamente expressa por:

Onde:

p=pressão

V=volume

=constante que depende da massa, temperatura e natureza do gás.

Como esta constante é a mesma para um mesmo gás, ao ser transformado, é válida a relação:

A transformação isométrica também pode ser chamada isocórica e assim como nas outras transformações vistas, a isométrica se baseia em uma relação em que, para este caso, o volume se mantém.

Regida pela Lei de Charles, a transformação isométrica é matematicamente expressa por:

Onde:

p=pressão;

T=temperatura absoluta do gás;

=constante que depende do volume, massa e da natureza do gás.;

Como para um mesmo gás, a constante é sempre a mesma, garantindo a validade da relação:

Um dos principais materiais utilizados na construção dos motores Stirling é o alumínio devido a algumas de suas propriedades como podemos observar abaixo.

Propriedades físicas do alumínio

À prova de fogo

• O alumínio usado em meios de transportes, edifícios e outras construções é à prova de fogo.

• Somente se moldado em película muito fina, pode se incendiar.

• Derrete a 660 ºC sem liberar gases.

• Supercondutor de calor e eletricidade

• O alumínio é duas vezes melhor condutor que o cobre.

• É a melhor opção para sistemas energeticamente eficientes de transmissão elétrica, tais como componentes de transferência de calor.

Excelente refletor

• O alumínio reflete luz e calor.

• É o metal ideal para refletores, como luminárias, por causa de seu peso leve e propriedades de reflexão.

• A alta eficiência energética em refletores reduz o consumo de energia.

Vida útil alta – Baixo custo de manutenção

• O alumínio forma uma camada protetora de óxidos que o torna altamente resistente à corrosão.

• Essa resistência prolonga a vida do alumínio em automóveis e na construção civil,

• Reduz a necessidade de manutenção e

• Reduz