A importância do aprendizado sobre motor Stirling para a geração de distribuição

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Um exemplo de uma unidade de prato de Stirling é mostrado na figura 2. Os principais componentes de interesses são o concentrador, receptor, Motor Stirling, e um gerador, em que a conversão de energia unidade (PCU) contém o motor Stirling, gerador, receptor, e vários sistemas de controle. O concentrador consiste espelhos dispostos na forma de um parabolóide, com o focal apontado para a abertura do receptor. O receptor funciona como uma interface térmica entre a luz solar concentrada e o PCU. Os condutores do gerador de PCU estão ligados através de cabos subterrâneos. Classificado potência de saída sistemas para intervalo de datas de 8 kW a 25 kW, com uma irradiação nível de 1000 W / m2. As unidades usam o acompanhamento de dois eixos do sol durante todo o dia, retornando a uma posição especifica à noite, quando os níveis de irradiação tornar-se demasiadamente baixo para produzir energia. Dois métodos para controlar a temperatura do receptor são atualmente implementados, ou seja, variável de golpe e o controlo de pressão variável. Controlo de pressão variável é mais comum e, portanto, é usado nesta análise. Detalhando especificações técnicas de componentes e dimensões características de funcionamento podem ser encontradas em vários diferentes sistemas de prato-Stirling. (Howard, Dustin,2009)

Segundo Carvalho, A. M., et al, a utilização da Geração de Energia distribuída (GD) apresenta-se como uma alternativa para as concessionárias atenderem a expansão da demanda em algumas regiões afastadas do centro de carga do sistema elétrico, desde que se consiga contar com o adequado suprimento de combustível no local. As soluções tradicionais para o aumento na capacidade de geração, transmissão e distribuição necessitam na maioria das vezes de elevados investimentos e obras demoradas, que requerem um tempo grande para serem finalizadas. As novas tecnologias de GD têm permitido a expansão da geração de eletricidade em pequena escala. Além disso, a desregulamentação do setor energético, o incentivo à produção independente de energia elétrica e a crise energética têm aumentado a procura por unidades de geração de rápida instalação e de menor impacto ambiental. Acreditando-se que fazendo uso das tecnologias dentro dos requisitos de sustentabilidade, ambientais e sócios econômicos poderia desenvolver equipamentos de gaseificação de biomassa. A utilização de motores Stirling como GD, vem se mostrando como mais uma opção para aumentar o acesso à eletricidade para a população que vive em comunidades isoladas. Este motor sempre contém um gás pressurizado no seu interior, que é chamado de gás de trabalho. A potência é gerada não pela queima explosiva do combustível no cilindro, mas pelo aquecimento e resfriamento do gás de trabalho pelo lado externo do cilindro.

Esse motor pode ser utilizado para a geração de energia elétrica a partir do calor que flui através de um sistema de câmara contendo diafragma e pistão, que pode ser produzido a partir de fontes alternativas, renováveis e inesgotáveis de energia, como a solar, a da biomassa, a eólica e outras, constituindo assim uma máquina ecologicamente apropriada para a geração de energia elétrica. Entretanto, a sua utilização esbarra na baixa relação entre potência desenvolvida e volume do motor. Assim, a substituição dos motores instalados em veículos pelo motor Stirling não tem sido adotada. Entretanto, na qualidade de motor estacionário, ou seja, como gerador elétrico para fazendas não eletrificadas, esse motor apresenta-se como uma alternativa (ex: motores diesel) promissora do ponto de vista socioambiental.

A utilização do motor Stirling torna-se importante para o ensino do ciclo de Carnot, onde os fenômenos termodinâmicos, em geral, são apresentados como fenômenos associados à transferência de energia a partir de uma diferença de temperatura. Nesse contexto, o estudo da transferência de energia relega aos motores a argumentação referente ao tema transformação, poucas vezes abordado em sala de aula. Os pontos centrais do tema transformação de energia em processos termodinâmicos são o ciclo de Carnot e as máquinas térmicas. Nesse sentido é definido o rendimento dessas máquinas e as características de uma máquina térmica ideal. Os ciclos termodinâmicos associados às máquinas térmicas nem sempre são abordados de forma a articular aspectos teóricos e a realidade e tratar do impacto sócio ambiental de tais máquinas. Desse modo, esse conteúdo é apresentado de maneira fragmentada, descontextualizada e sem articulação com outras áreas das ciências da natureza, o que dificulta a aprendizagem significativa (Assis, A; Amorim, C. 2009).

Na introdução do funcionamento das máquinas térmicas, o ciclo de Carnot é apresentado por meio do diagrama p – V, sem a ilustração de como um motor real poderia se aproximar de uma máquina térmica funcionando baseado naquele ciclo. Os motores, quando apresentados, funcionam usando combustíveis fósseis, cujo impacto ambiental não é confrontado com a atual tendência mundial, que aponta para a busca de alternativas a esse tipo de combustível. Desse modo, Assis et al (2009) consideram que a escolha do uso do motor de Stirling em aulas de física pode favorecer a aprendizagem significativa do ciclo de Carnot, bem como a articulação entre os conceitos físicos e os aspectos sociais e ambientais.

Para Assis et al (2009) a introdução do motor Stirling, em sala de aula, deve anteceder a abordagem do ciclo de Carnot, a fim de que a compreensão do ciclo que ocorre no motor Stirling favoreça a aprendizagem do ciclo de Carnot. O motor Stirling é um motor radicalmente diferente dos motores movidos a combustíveis fósseis. O seu ciclo térmico é mais parecido com o ciclo de Carnot que o dos outros motores. Os conceitos sobre calor, temperatura, pressão, volume, sistemas abertos e fechados, transformações isotérmicas, isobáricas, isométricas e adiabáticas já devem ter sido trabalhados com os estudantes que podem relacionar a expansão do gás com a transformação isotérmica no diagrama p – V, visualizada pela elevação do pistão. Ao final dessa primeira fase, o professor poderá chamar a atenção para o resfriamento isométrico do gás ocorrido em virtude do seu contato com a fonte fria. Na terceira fase, o aluno observará a diminuição do volume do gás por meio do rebaixamento do pistão. Na quarta fase, o professor poderá destacar o aquecimento isométrico do gás em contato com a fonte quente.

Segundo Assis et al (2009), A percepção do funcionamento do motor Stirling e seu ciclo térmico pode viabilizar a abstração do aluno para o estudo do ciclo de Carnot. Essa abordagem pode facilitar a aprendizagem