Motor de combustão externa

De Museu da Electricidade

Termodinâmica

Esquema de operação de um motr Stirling e de uma máquina a vapor de fluxo unidireccional
Esquema de operação de um motr Stirling e de uma máquina a vapor de fluxo unidireccional

Um motor de combustão externa, ou ECE (do inglês external combustion engine), é uma máquina térmica cujo fluido de trabalho interno é aquecido pela combustão de uma fonte externa por meio de uma das paredes do próprio motor ou de um permutador de calor. O referido fluido gera movimento e trabalho útil graças à expansão do seu mecanismo. Pode ser depois arrefecido, comprimido e reutilizado (ciclo fechado) ou então descartado para permitir a entrada de mais fluido (o menos comum ciclo aberto).

Por Ricardo Pinto


Características

O termo “combustão” usado no nome deste mecanismo designa a queima de combustível na presença de um comburente (como o oxigénio) que em regra produz o calor necessário para o accionar. No entanto há motores com configuração similar ou idêntica que podem obter trabalho a partir das energias solar, geotérmica, nuclear, etc. Não são nesta situação descritos de forma estrita como motores de combusão externa, mas sim como máquinas térmicas de tipo externo.

Nos ECEs o fluido de trabalho pode ser um gás (como acontece nos motores Stirling), ou ou então vapor (no caso das máquinas a vapor). O gás é de longe o mais comum nos dias de hoje, apesar de serem frequentemente utilizados líquidos com uma única fase. No caso das máquinas a vapor, que utilizam o ciclo orgânico de Rankine, o fluido alterna entre as fases líquida e gasosa.

Este tipo de motores distingue-se dos motores de combustão interna, ou ICEs, nos quais a queima do combustível é feita dentro da sua própria estrutura em vez da energia libertada pela mesma ser introduzida a partir do exterior. A maioria dos ECEs são conhecidos pela sua versatilidade no uso de combustíveis e pela sua alta eficiência, mas são relativamente pouco utilizados em comparação com os seus congéneres de combustão interna.


Motores Stirling

Nos motores de tipo Stirling é efectuada a compressão/expansão cíclica de ar atmosférico ou de outros gases a diferentes níveis de temperatura de forma a que haja uma conversão líquida de energia térmica em trabalho. O mecanismo mantém aprisionado no seu interior uma quantidade fixa de fluido permanentemente gasoso (como ar ou hélio). O motor está desenhado de maneira a que o fluido de trabalho seja normalmente comprimido na parte mais fria do motor e expandido na sua parte mais quente, conseguindo desta forma a dita conversão útil. A utilização de permutadores de calor regenerativos aumenta a eficiência térmica dos dispositivos. O mecanismo é actualmente aplicado em algumas tipologias de centrais solares térmicas.


Máquinas a vapor

Nas máquinas a vapor o funcionamento de um sistema simples de pistões baseia-se antes de mais na obtenção de calor a partir de combustível queimado numa fornalha fechada. O calor é em seguida transferido para a água numa caldeira presseurizada, fazendo-a entrar em ebulição e transformando-a em vapor saturado de água. O vapor neste estado é gerado sempre à temperatura de ebulição, que depende por seu lado da sua pressão na superfície da água no interior da caldeira. O vapor é depois transferido para a unidade do motor que o usa para empurrar um pistão que desliza no interior de um cilindro de forma a efectuar a tracção de maquinaria. O vapor mais frio após a sua utilização é então libertado para a atmosfera.


Ciclo orgânico de Rankine

O ciclo orgânico de Rankine (ORC) deve o seu nome à utilização de fluidos orgânicos de massa molecular alta e com uma alternação de fase líquida-gasosa (ou ponto de ebulição) que ocorre a uma temperatura mais baixa que a do vapor de água. Este ciclo permite uma recuperação de calor de fontes térmicas com temperaturas mais baixas, como escapes de indústrias, calor geotérmico ou solar, etc.


Fonte

Wikipedia (Inglês)

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