O ciclo de Stirling corresponde a um processo cíclico reversível.
Este ciclo é constituído por duas isotérmicas e duas isócoras (processo de volume constante) e está representado aqui segundo o plano PV.
Para mudanças de pressão e temperatura do gás de transferência, este motor utiliza dois pistões.
Um pistão coloca alternadamente o gás em contacto com a fonte fria e com a fonte quente.
O pistão de trabalho é deslocado pela expansão e compressão do gás. É o que aqui se apresenta.
Funcionamento do motor:
O ciclo é percorrido no sentido CDABC. (Como bomba será ao contrário).
Isotérmica CD (T = Tc) O gás está em contacto com a fonte fria, sendo necessário fornecer energia para o comprimir.
Isócora DA. O gás é transferido da fonte fria para a fonte quente.
Isotérmica AB (T = Ta) O gás está em contacto com a fonte quente. A expansão do gás fornece mais energia do que
a necessária para a compressão.
Isócora BC. O gás é transferido da fonte quente para a fonte fria.
Balanço Energético:
Suponha que o ciclo é reversível e que a transferência de gás é perfeita. N é o número de partículas do gás e k a constante
de Boltzmann. A equação de estado do gás é: p.V = N.k.T ;
Compressão isotérmica CD : T é constante pelo que dU = 0 e dW = p.dV.
Por integração obtém-se Wcd = N.k Tc.ln(Vd / Vc) = - N.k Tc.ln(Vb / Va)
Isócora de arrefecimento DA: V = Cte e Wda = 0.
Dilatação isotérmica AB: T é constante com dU = 0 e dW = p.dV.
Por integração, temos Wab = N.k Tc.ln(Vb / Va)
Isócora de aquecimento BC : V = Cte e Wbc = 0.
Avaliação global:
Energia interna: ΔU = 0. (Processo cíclico reversível)
Trabalho: W = Wab + Wbc + Wcd + Wda = N.k.(Ta − Tc).ln(Vb/Va) >0. É um ciclo motor.
Rendimento: η = 1 − Tc / Ta.
Percorrendo o ciclo numa outra direcção, o sistema funciona como uma bomba de calor
(origem de calor da fonte de calor) ou de frio (extracção de calor na fonte fria).
Recorrendo aos botões de selecção activas, modificar (com valores razoáveis) os valores dos parâmetros Ta (K), Va (litro), Pa (atmosfera), Vb e Tc. Validar a última entrada de valores.
O programa recusa valores de Ta inferiores a Tc e os valores de Vb inferiores a Va (no caso da introdução de valores deste tipo são usados valores padrão).
Os botões de selecção inactivos mostram os valores calculados de Pb, Vc, Pc, Vd e Pd.
Estes botões permitem escolher o sentido do ciclo (funcionamento em motor e em bomba de calor).
Pressionando o botão direito do rato a animação é parada, sendo retomada quando o botão é libertado.
Robert STIRLING
(1790-1878)
Pastor e engenheiro escocês. Inventor do motor de ar quente, em 1816.
Simulation Numérique de Jean-Jacques ROUSSEAU
Faculté des Sciences exactes et naturelles
Université du Maine - Le Mans
Traduzido e adaptado para a Casa das Ciências por Manuel Silva Pinto e Alexandra Coelho em Março de 2011
