O que é o ciclo de Stirling?
O ciclo de Stirling é um tipo de ciclo termodinâmico regenerativo capaz de usar um fluido de trabalho independente e um componente interno de troca de calor, para converter calor em movimento mecânico ou o contrário. Isso torna o ciclo Stirling útil em motores, bombas de calor, refrigeração e em várias outras aplicações. Vários projetos de motores diferentes fazem uso do ciclo Stirling, a maioria dos quais contém um ou dois cilindros. Independentemente do design específico, um mecanismo que usa esse ciclo passa pelas quatro etapas de compressão, adição de calor, expansão e remoção de calor.
Existem vários motores de combustão externa diferentes, cada um dos quais utiliza um tipo diferente de ciclo termodinâmico. Os motores a vapor funcionam de acordo com os princípios do ciclo Rankine, que usa um fluido de trabalho, como a água, nos estados líquido e gasoso. Fluidos adicionais devem ser adicionados periodicamente, reduzindo a eficiência desses sistemas. O ciclo de Stirling, que foi originalmente inventado em 1816 como um rival do ciclo de Rankine, utiliza um fluido de trabalho que é selado dentro do sistema. Na maioria dos casos, o fluido de trabalho usado nos motores Stirling é o ar.
A idéia básica por trás do ciclo de Stirling gira em torno do aquecimento e do resfriamento subsequente de um único volume de fluido de trabalho. Isso causa a expansão e contração térmica do fluido, que pode ser usado para realizar trabalhos mecânicos. Na maioria dos casos, isso é feito conectando pistões a um volante. À medida que o fluido no sistema se expande e se contrai, os pistões são acionados para cima e para baixo, o que faz com que o volante gire. O ciclo de Stirling é referido como um ciclo regenerativo devido ao fato de o fluido ser autônomo e o mesmo volume de fluido ser usado na câmara de compressão e na câmara de expansão.
O uso do ciclo Stirling não se limita aos motores, pois o processo também é reversível. Isso significa que é possível que um dispositivo que use esse ciclo atue como uma bomba de calor se for fornecida energia mecânica. Nesse caso, a energia mecânica externa é usada para acionar os pistões, que bombeiam o fluido de trabalho entre a câmara de expansão e a câmara de compressão. Dependendo da maneira como um dispositivo é configurado, essa reversão do ciclo pode ser usada em uma bomba de calor, dispositivo de refrigeração ou qualquer outra aplicação que exija a transferência de energia térmica.