Modelagem e análise computacional de um refrigerador Stirling de pistão livre

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um modelo matemático para a simulação numérica de máquinas Stirling usadas para refrigeração. Ciclos de refrigeração Stirling são encontrados em diversas aplicações como refrigeradores que operam em baixas temperaturas, equipamentos de diagnóstico médico e eletrônica sofisticada (elementos e dispositivos que empregam supercondutividade). No presente trabalho será explorada a utilização de uma máquina Stirling com aplicação em refrigeradores domésticos, como alternativa de substituição dos convencionais compressores herméticos e dos ciclos de compressão a vapor. O modelo explora o comportamento dinâmico do gás de trabalho e avalia o desempenho de alguns de seus principais componentes. O modelo matemático aqui utilizado se baseia em equações da termodinâmica, mecânica dos fluidos, transferência de calor, dinâmica e eletricidade. A meta é a geração de uma ferramenta para auxiliar a compreensão dos fenômenos envolvidos, bem como o projeto de novas máquinas. São apresentadas validações dos resultados obtidos pelo modelo, com resultados experimentais, e comparações com os sistemas de refrigeração usados atualmente. Os resultados numéricos obtidos pelo modelo apresentam consistência com os resultados experimentais. A máquina Stirling atingiu valores de desempenho, obtidos pelo modelo, comparáveis aos sistemas de refrigeração convencionais.