BR102016019857B1 - Motor térmico de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos adiabáticos e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico - Google Patents

Abstract

motor térmico de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos adiabáticos e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico. refere-se a presente invenção a um motor térmico e seu ciclo termodinâmico de oito processos, mais especificamente trata-se de uma máquina térmica caracterizada por dois subsistemas termodinâmicos interligados, cada um opera um ciclo termodinâmico de quatro processos, porém interdependentes entre si, formando um ciclo complexo de oito processos, opera com gás, o circuito deste sistema binário é fechado em configuração diferencial, baseado no conceito de sistema termodinâmico híbrido ou também pode ser chamado de sistema termodinâmico binário, este sistema realiza um ciclo termodinâmico composto por oito processos de forma que o mesmo executa em qualquer momento do ciclo, dois processos simultâneos e interdependentes, complementares, sendo quatro processos "isobáricos" e quatro processos "adiabáticos" com transferência de massa variável, podendo esta ser nula ou parcial.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] Refere-se a presente invenção a um motor térmico e seu ciclo termodinâmico de oito processos, mais especificamente trata-se de uma máquina térmica caracterizada por dois subsistemas termodinâmicos interligados, cada um opera um ciclo termodinâmico de quatro processos, porém interdependentes entre si, formando um ciclo complexo de oito processos, opera com gás, o circuito deste sistema termodinâmico híbrido é fechado em configuração diferencial, baseado no conceito de sistema termodinâmico híbrido, este sistema realiza um ciclo termodinâmico composto por oito processos de forma que o mesmo executa em qualquer momento do ciclo, dois processos simultâneos e interdependentes, complementares, sendo quatro destes processos “isobáricos” e quatro “adiabáticos” com transferência de massa variável, podendo esta ser nula ou parcial.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A termodinâmica clássica define três conceitos de sistemas termodinâmicos, o sistema termodinâmico aberto, o sistema termodinâmico fechado e o sistema termodinâmico isolado. Estes três conceitos de sistemas termodinâmicos foram conceituados no século XIX nos primórdios da criação das leis da termodinâmica e fundamentam todos os ciclos motores conhecidos até o presente.

[003] O sistema termodinâmico isolado é definido como um sistema no qual nem matéria, nem energia passa através dele. Portanto, este conceito de sistema termodinâmico não oferece propriedades que permitam o desenvolvimento de motores.

[004] O sistema termodinâmico aberto é definido como um sistema termodinâmico em que energia e matéria podem entrar e sair deste sistema. São exemplos de sistema termodinâmico aberto os motores de combustão interna, de ciclo Otto, de ciclo Atkinson, semelhante ao ciclo Otto, de ciclo Diesel, de ciclo Sabathe, semelhante ao ciclo Diesel, de ciclo Brayton de combustão interna, de ciclo Rankine com exaustão do vapor ao ambiente. A matéria que entra nestes sistemas são os combustíveis e oxigênio ou fluido de trabalho ou gás de trabalho. A energia que entra nestes sistemas é o calor. A matéria que sai destes sistemas são a exaustão da combustão ou do fluido de trabalho, gases, resíduos, a energia que saí destes sistemas são a energia mecânica de trabalho e parte do calor dissipado.

[005] O sistema termodinâmico fechado é definido como um sistema termodinâmico em que apenas a energia pode entrar e sair deste sistema. São exemplos de sistema termodinâmico fechado, motores de combustão externa como o de ciclo Stirling, de ciclo Ericsson, de ciclo Rankine com fluido de trabalho em circuito fechado, de ciclo Brayton de calor ou de combustão externa, de ciclo Carnot. A energia que entra neste sistema é o calor. A energia que saí deste sistema são a energia mecânica de trabalho e parte do calor dissipado, porém não sai matéria destes sistemas, como ocorrem no sistema aberto.

[006] Ambos os sistemas, aberto e fechado, como entrada eles possuem no tempo (t1) a temperatura (Tq), a massa (m1) e o número de mol (n1) e na saída, no tempo (t2), ambos possuem a temperatura (Tf), a massa (m1) e o número de mol (n1), a massa é constante, a diferença entre ambos é que no sistema aberto a massa (m1) atravessa o sistema e no sistema fechado, a massa (m1) permanece no sistema, conforme a figura 1.

O ESTADO ATUAL DA TÉCNICA

[007] Os motores conhecidos até o presente são fundamentados em sistemas termodinâmicos aberto ou sistemas termodinâmicos fechado, eles possuem seus ciclos termodinâmicos compostos por uma série de processos sequenciais e independentes, e ocorre um único processo por vez até que o ciclo se complete, como pode ser observado no gráfico pressão/volume na figura 2. Assim são os motores de ciclo Otto, Atkinson, Diesel, Sabathe, Brayton, Rankine, Stirling, Ericsson e o ciclo teórico ideal de Carnot.

[008] A energia interna do gás de trabalho dos motores baseados nos sistemas aberto e fechado não é constante durante o seu ciclo, a equação que representa a energia interna é indicada na equação (a)

[009] Na equação (a), (U) representa a energia interna em “Joule”, (n) representa o número de mol, (R) representa a constante universal dos gases perfeitos, (T) representa a temperatura do gás em “Kelvin” e (ç) representa o coeficiente de expansão adiabática.

[010] Como ocorre sempre um único processo por vez nos motores projetados com o conceito de sistema aberto ou fechado, a energia interna varia com o tempo, uma vez que o produto: número de mol (n) pela temperatura (T), (n.T) não é constante durante o ciclo, pois a temperatura (T) é uma variável nos processos e o número de mol (n) é uma constante nos processos.

[011] O atual estado da técnica que caracteriza todos os motores, é caracterizado ainda pela propriedade onde a saída do processo, o trabalho, é uma consequência direta da entrada da energia, calor ou combustão, ou seja, quando é necessário mais trabalho, injeta-se mais calor ou se promove mais combustão, todos os processos que formam o ciclo do motor são igualmente influenciados, em outras palavras, os motores são controlados pela alimentação direta. Por exemplo, nos motores de combustão interna, Otto, Diesel, Brayton, para se obter maior potência injeta-se mais combustível, mais oxigênio e assim se produz mais trabalho, mais rotação. Para se obter maior potência com rotação constante, normalmente utilizam-se caixas de redução ou transformação de rotação. Por analogia, tais tecnologias podem ser comparadas na eletricidade a motores de corrente contínua, estes, para aumentar a potência, aumenta-se a tensão de alimentação do motor.

[012] O atual estado da técnica compreende uma série de motores de combustão interna e de combustão externa, a maioria destes motores exigem um segundo motor auxiliar para leva-los a partir, ao funcionamento. Os motores de combustão interna exigem a compressão, mistura de combustível com o oxigênio e uma centelha ou combustão por pressão, desta forma um motor auxiliar de partida, normalmente elétrico, é utilizado. Os motores de combustão externa, como o de ciclo Stirling ou Ericsson por sua vez também exigem motores auxiliares e de alta potência, pois eles precisam vencer o estado de repouso sob pressão para entrar em operação. Uma exceção é o motor de ciclo Rankine, este pode partir através do comando de válvulas para fornecer a pressão do vapor aos elementos de força motriz.

[013] O atual estado da técnica compreende uma série de motores, a maioria deles, dependentes de condições muito específicas e especiais para operar, por exemplo, os motores de combustão interna, cada um deles exige seu combustível específico, controle fino de combustível, oxigênio e o tempo da combustão e em alguns casos exigem condições específicas inclusive de pressão, a flexibilidade no combustível é bem limitada. Nesta categoria, dos motores fundamentados nos sistemas aberto e fechado, o motor mais flexível é o de ciclo Rankine, de combustão externa, o Stirling ou o Ericsson, também de combustão externa, estes são mais flexíveis quanto à fonte.

[014] O atual estado da técnica compreende uma série de ciclo motores, a maioria exige combustão, isto é, a queima de algum tipo de combustível, e, portanto, a necessidade de oxigênio.

[015] O estado atual da técnica compreende uma série de ciclo motores, a maioria exige altas temperaturas para operação, os de combustão interna especialmente, costumam operar com o gás de trabalho em temperatura superiores a 1500 oC. Os motores de combustão externa ou operante por fontes de calor externas, como de ciclo Rankine e Stirling, normalmente são projetados para operarem com temperaturas do gás de trabalho entre 400 oC e 800 oC. Além dos motores baseados nos sistemas aberto e fechado exigirem na maioria das vezes altas temperaturas para que possam operar, todos eles possuem suas eficiências limitadas ao teorema de Carnot, isto é, suas eficiências máximas dependem exclusivamente das temperaturas conforme definido pela equação (b).

[016] Na equação (b), (y) é o rendimento, (Tf) é a temperatura da fonte fria e (Tq) é a temperatura da fonte quente, ambas em “Kelvin”.

[017] O estado atual da técnica, baseado nos sistemas aberto e fechado, compreende basicamente seis ciclos motores e algumas versões destes: o ciclo Otto, de ciclo Atkinson, semelhante ao ciclo Otto, de ciclo Diesel, de ciclo Sabathe, semelhante ao ciclo Diesel, de ciclo Brayton, de ciclo Rankine, de ciclo Stirling, de ciclo Ericsson e o de ciclo Carnot, referência teórica ideal para os motores fundamentados nos sistema aberto e fechado. As últimas novidades do estado atual da técnica vem sendo apresentadas através de inovações juntando-se mais de um ciclo antigo formando ciclos combinados, isto é: novos sistemas de motores compostos por uma máquina de ciclo Brayton operante com combustíveis de origem fóssil, gás ou óleo e uma máquina de ciclo Rankine dependente do calor rejeitado pela máquina de ciclo Brayton. Ou a mesma filosofia, unindo-se um motor de ciclo Diesel com um de ciclo Rankine ou ainda um motor de ciclo Otto, também unindo-o com um motor de ciclo Rankine.

[018] O estado atual da técnica apresenta uma série de limitações e oferece também uma série de problemas. A maioria dos motores, como os de combustão interna, de ciclo Otto, Atkinson, Diesel, Sabathe e Brayton, exigem combustíveis específicos para cada conceito, por exemplo: gasolina, óleo diesel, gás, querosene, carvão, e de alto poder calorífico, precisam trabalhar sob altas temperaturas e por consequência, durante muitos anos, vem dependendo de combustíveis fósseis, trazendo danos graves ao clima e meio- ambiente, isto é, são caracterizados pela não sustentabilidade. O sistema termodinâmico sob os quais estes motores são projetados trazem como limitação de eficiência o teorema de Carnot o qual, em função de seu princípio, impõe o limite da eficiência como função direta e exclusiva das temperaturas, conforme equação (b).

[019] A maioria dos motores da atualidade exigem combustíveis refinados e poluentes com efeitos nocivos ao clima, ao ambiente e, portanto, comprometem a sustentabilidade. Uma das mais recentes tecnologias desenvolvidas para minimizar o impacto, foi a junção de dois antigos conceitos de motores, o motor de ciclo Brayton e o motor de ciclo Rankine, formando um sistema composto por dois ciclos combinados, de forma tal que o rejeito de calor da primeira máquina é utilizado pela segunda máquina para melhorar a eficiência do conjunto, porém o uso de combustíveis fósseis e seus efeitos permanecem. O ciclo combinado continua a ser caracterizado por um motor sob conceito de sistema aberto e um motor sob o conceito de sistema fechado, independentes, ou seja, é classificado como sistema combinado, dois ciclos completamente independentes, não se caracteriza como sistema híbrido.

[020] Os demais motores, de ciclo Stirling e Ericsson, são motores sob o conceito de sistema fechado, são de combustão externa ou fonte de calor externo. Em função de suas propriedades, embora tenham os conceitos mais simples de motores, são difíceis de serem construídos. Exigem parâmetros de projetos casados, isto é, funcionam bem, com boa eficiência, apenas em seu regime específico de operação, temperatura, pressão, carga, fora do ponto central de operação suas eficiências caem bruscamente, ou não operam. Portanto são máquinas muito pouco utilizadas para uso industrial ou popular.

[021] O motor ideal de Carnot, figura 3, por sua vez, embora seja considerado o motor ideal, mais perfeito até o presente, ele o é na teoria e dentro dos conceitos de sistema aberto e fechado considerando todos os parâmetros ideais, por este motivo é a referência até hoje para todos os conceitos de motores existentes. O motor de Carnot não é encontrado no uso prático porque os materiais reais não possuem as propriedades exigidas para tornar o motor de Carnot uma realidade, as dimensões físicas para que o ciclo de Carnot possa ser executado como na teoria, seriam inviáveis em um caso prático, portanto ele é um Motor ideal nos conceitos de sistema aberto e sistema fechado, porém no conceito teórico.

[022] O controle de potência, rotação e torque, dos motores existentes, de ciclo Otto, Atkinson, Diesel, Sabathe, Brayton, estes de combustão interna, são decorrentes diretamente da alimentação de combustíveis e oxigênio e como resultado oferecem maior rotação e torque simultaneamente. Para haver separação entre o torque e a rotação, eles exigem caixas de velocidade. Estas máquinas não permitem controlabilidade, ou no mínimo, oferecem dificuldades na controlabilidade através de seus ciclos termodinâmicos.

[023] O controle de potência, rotação e torque, dos motores existentes de ciclo Rankine, este de combustão externa, são decorrentes da vazão e da pressão do vapor ou gás de trabalho, e como resultado oferecem variações interdependentes de rotação e torque simultaneamente, não há controlabilidade separada entre torque e rotação.

[024] O controle de potência, rotação e torque, dos motores existentes de ciclo Stirling e Ericsson, estes de combustão externa, são decorrentes da massa ou pressão do gás de trabalho, das temperaturas, da geometria construtiva, e como resultado oferecem variações interdependentes de rotação e torque simultaneamente, não há controlabilidade separada entre torque e rotação. Estas máquinas possuem suas curvas de operação muito estreitas oferecendo baixa controlabilidade e uma faia estreita de operacionabilidade. Nestes casos são comuns projetos que não funcionam porque os parâmetros, nas suas interdependências podem não oferecer as condições que levam o motor a funcionar.

[025] O estado atual da técnica, recentemente revelou algumas referências que já se encontram com conceitos semelhantes do sistema híbrido, são motores que apresentam características de possuírem dois ciclos termodinâmicos interdependentes constituindo um ciclo complexo formado por oito processos, sempre com dois processos operando simultaneamente em um sistema formado por dois subsistemas integrados. A patente “PI 1000624-9” registrada no Brasil definida como “Conversor de energia termomecânico” é constituído por dois subsistemas que opera por meio de um ciclo termodinâmico formado por quatro processos isotérmicos e quatro processos isocóricos, sem regeneração. A patente “PCT/BR2013/000222” registrada nos Estados Unidos da América definida como “Máquina térmica que opera em conformidade com o ciclo termodinâmico de Carnot e processo de controle” a qual é constituída por dois subsistemas e opera em cada subsistema, um ciclo termodinâmico formado por dois processos isotérmicos de dois processos adiabáticos. A patente “PCT/BR2014/000381” registrada nos Estados Unidos da América definida como “Máquina térmica diferencial com ciclo de oito transformações termodinâmicas e processo de controle” a qual é constituída por dois subsistemas e opera um ciclo termodinâmico formado por quatro processos isotérmicos de quatro processos adiabáticos. Estas referências diferem da presente invenção quanto aos processos termodinâmicos que formam seus ciclos, cada ciclo oferece ao motor características próprias. O conceito de sistema termodinâmico híbrido oferece a base para o desenvolvimento de uma nova família de motores térmicos, cada motor terá características próprias conforme os processos e fases que constituem os seus respectivos ciclos termodinâmicos, como por exemplo, o motor Otto e o motor Diesel, ambos de combustão interna, são motores fundamentados no sistema termodinâmico aberto, porém constituem motores distintos e o que os distingue são detalhes de seus ciclos termodinâmicos, o ciclo do motor Otto é constituído basicamente por um processo adiabático de compressão, um processo isocórico de combustão, um processo adiabático de expansão e um processo isocórico de exaustão e o ciclo do motor Diesel é constituído por um processo adiabático de compressão, um processo isobárico de combustão, um processo adiabático de expansão e um processo isocórico de exaustão, portanto eles diferem em apenas um dos processos que formam seus ciclos, o suficiente para conferir a cada um, propriedades e usos específicos e diferentes. Da mesma forma, o conceito de sistema híbrido oferece a base para uma nova família de motores térmicos constituídos por dois subsistemas e estes irão operar com ciclos ditos diferenciais formados por processos onde sempre ocorrerão dois processos simultâneos, cada um terá particularidades próprias as quais caracterizarão cada um dos ciclos-motores.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[026] Os grandes problemas do estado da técnica são, portanto, a dificuldade das tecnologias atuais a atender projetos sustentáveis, em função da dependência de combustíveis fósseis, poluentes, com impactos graves ao ambiente e ao clima, baixa eficiência, limitada exclusivamente às temperaturas, demonstrado pelo teorema de Carnot, baixo nível de controlabilidade em função das limitações na variabilidade dos parâmetros dos modelos fundamentados nos sistemas termodinâmicos aberto e fechado, falta de flexibilidade quanto às fontes de energia, muitos exigem combustíveis refinados e específicos, alta dependência do ar (oxigênio) para combustão e muitos deles dependem de um segundo motor para leva-los à operação (um motor de partida).

[027] O objetivo da invenção se concentra em eliminar alguns dos problemas existentes e minimizar outros problemas, porém o maior objetivo foi em desenvolver novos ciclos-motores baseados em um novo conceito de sistema termodinâmico de forma que a eficiência dos motores não ficasse mais dependentes exclusivamente das temperaturas e cujas fontes de energia possam ser diversificadas e que permitisse projeto de motores para ambientes inclusive sem ar (oxigênio). O conceito de sistema híbrido, característica própria que fundamenta esta invenção, elimina a dependência da eficiência de forma exclusiva à temperatura, a eficiência de qualquer máquina térmica depende dos seus potenciais e de seus diferenciais de potenciais, enquanto que os sistemas aberto e fechado geram potenciais onde a massa do gás é constante e por este motivo elas se cancelam nas equações, os sistemas híbridos a massa não necessariamente é constante, portanto não se cancelam e as suas eficiências dependem dos potenciais dos quais se originam a força motriz, isto é, das pressões. O conceito de sistema híbrido proporciona potenciais dependentes, proporcionais ao produto da massa de gás de trabalho pela temperatura. Como no sistema híbrido, diferente dos sistemas aberto e fechado, a massa é variável, a sua eficiência passa a ser uma função não exclusiva da temperatura, mas dependente da massa e para um motor de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos adiabáticos, com transferência de massa entre seus subsistemas durantes os processos adiabáticos, a eficiência é demonstrada conforme apresentado na equação (c) e figura 4.

[028] Na equação (c), (y) é o rendimento, (T1) é a temperatura inicial do processo isobárico de alta temperatura, (T2) é a temperatura final do processo isobárico de alta temperatura, esta temperatura tende a se equalizar com a temperatura da fonte quente (Tq), (T3) é a temperatura inicial do processo isobárico de baixa temperatura, (T4) é a temperatura final do processo isobárico de baixa temperatura, esta temperatura tende a se equalizar com a temperatura da fonte fria (Tf), todas as temperaturas em “Kelvin”, (n1) é o número de moles do subsistema 1, indicado pela região 21 da figura 4, (n2) é o número de moles do subsistema 2, indicado pela região 23 da figura 4.

[029] A dependência de altas temperaturas da maioria dos motores do atual estado da técnica levam também à dependência de combustíveis com alto poder calorífico, dificultando o uso de fontes limpas as quais normalmente oferecem menor temperatura, O conceito de ciclo diferencial sob o sistema híbrido, e fluido de trabalho cujos processos não obriguem a troca de fase física, elimina esta obrigatoriedade da dependência de altas temperaturas, O conceito diferencial onde o ciclo opera sempre dois processos por vez, (26 e 27) da figura 5, simultaneamente e interdependentes, viabiliza máquinas que possam operar com baixas temperaturas e por consequência, as fontes limpas renováveis, como a termossolar, geotermal, passam a ser plenamente viáveis e suas eficiências passam a ter a massa, ou número de moles, como mostrado na equação (c), como parâmetro para a obtenção de eficiências melhores, mesmo com diferenciais de temperatura relativamente baixos.

[030] Os principais ciclos termodinâmicos conhecidos, Otto, Atkinson, Diesel, Sabathe, Brayton, Stirling, Ericsson, Rankine e o ciclo Carnot executam um único processo por vez sequencialmente, conforme mostrado na figura 2, referenciado ao ciclo mecânico dos elementos de força motriz, seu controle é uma função direta da alimentação da fonte de energia, por sua vez, os ciclos diferenciais do sistema híbrido, executam dois processos por vez, figura 5, viabilizando o controle do ciclo termodinâmico separado do ciclo mecânico, o ciclo pode ser modulado e desta forma o ciclo mecânico passa a ser uma consequência do ciclo termodinâmico e não mais o contrário.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[031] Os motores de ciclos diferenciais são caracterizados por possuírem dois subsistemas, formando um sistema híbrido, representado por (21 e 23) da figura 4, cada subsistema executa um ciclo referenciado ao outro subsistema de modo a executarem sempre dois processos simultâneos e interdependentes. De outra forma, considerando um sistema híbrido com propriedades dos sistemas aberto e do fechado simultaneamente, diz-se que o sistema executa um ciclo termodinâmico composto, figura 5, isto é, executa sempre dois processos por vez simultâneos (26 e 27) da figura 5, interdependentes, inclusive com transferência de massa. Portanto trata-se de motores e ciclos completamente distintos dos motores e ciclos baseados nos sistemas aberto ou fechado. Na figura 6 pode ser observada a relação entre o sistema híbrido e o ciclo termodinâmico diferencial.

[032] O conceito de sistema termodinâmico híbrido é novo, é caracterizado por um sistema híbrido, formado por dois subsistemas interdependentes e entre eles há troca de matéria e energia e ambos fornecem para fora de seus limites, energia em forma de trabalho e parte da energia em forma de calor dissipada. Este sistema termodinâmico foi criado no século XXI e oferece novas possibilidades para o desenvolvimento de motores térmicos.

[033] A presente invenção trás evoluções importantes para a conversão de energia térmica em mecânica seja esta para uso em geração de energia ou outro uso, como força mecânica para movimentação e tração. Algumas das principais vantagens que podem ser constatadas são: a total flexibilidade quanto à fonte da energia (calor), a independência de atmosfera, não necessita de atmosfera para que um motor do ciclo diferencial possa operar, a flexibilidade quanto às temperaturas, o motor de ciclo diferencial pode ser projetado para funcionar em uma faixa muito extensa de temperatura, bem superior à maioria dos motores fundamentados nos sistemas aberto e fechado, inclusive, um motor de ciclo diferencial pode ser projetado para funcionar com ambas as temperaturas abaixo de zero grau Celsius, basta que as condições de projeto promovam a expansão e contração do gás de trabalho e basta que os materiais escolhidos para a sua construção tenham as propriedades para executar as suas funções operacionais nas temperaturas de projeto. Outras vantagens importantes que distinguem o motor de ciclo diferencial fundamentado no sistema híbrido é a sua controlabilidade em função da facilidade na modulação dos processos termodinâmicos e em projetos de motores que dispensam o uso de motores de partida, ou no mínimo, estes seriam de pequeno porte, em função da facilidade de gerar um torque por meio do diferencial de forças propiciado pelo sistema formado por duas câmaras de conversão, isto é, dois subsistemas. Portanto as vantagens constatadas abrangem a flexibilidade das fontes, promovendo o uso de fontes limpas e renováveis como as vantagens operacionais, podendo operar teoricamente em quaisquer faixas de temperatura e sua propriedade de controle da rotação e torque.

[034] O motor de ciclo diferencial baseado no conceito de sistema híbrido poderá ser construído com materiais e técnicas semelhantes aos motores convencionais e motores de ciclo Stirling, como se trata de um motor que trabalha com gás em circuito fechado, considerando o sistema completo, isto é, o sistema completo é formado por dois subsistemas termodinâmicos integrados, (31 e 37), configurando um sistema termodinâmico binário ou híbrido, cada subsistema é formado por uma câmara, (33 e 35), contendo gás de trabalho e cada uma destas, são formadas por três subcâmaras, uma aquecida, (33 com 39 e 35 com 42), uma resfriada, (33 com 41 e 35 com 310), e outra isolada, (33 com 32 e 35 com 36), conectado a estas duas câmaras há um elemento de força motriz, (38), entre os subsistemas há um elemento de transferência de massa, (34), portanto os subsistemas são abertos entre si, entre o sistema completo e o meio externo, é considerado fechado, estes dois subsistemas executam simultaneamente cada um deles, um ciclo de quatro processos interdependentes formando um ciclo termodinâmico diferencial, (61), único, de oito processos, sendo quatro deles isobáricos, (a-b), (1-2), (c-d) e (3- 4), quatro adiabáticos, (b-c), (2-3), (d-a) e (4-1), com transferência de massa variável. Este conceito em circuito fechado de gás de trabalho com relação ao meio externo indica que o sistema deve ser vedado, ou em alguns casos, vazamentos podem ser admitidos, desde que compensados. Materiais adequados para esta tecnologia devem ser observados, são semelhantes, neste aspecto, às tecnologias de projetos de motores de ciclo Stirling. O gás de trabalho depende do projeto, de sua aplicação e dos parâmetros utilizados, o gás poderá ser vários, cada um proporcionará particularidades específicas, como exemplo pode ser sugerido os gases: hélio, hidrogênio, nitrogênio, ar seco, neon, entre outros.

[035] As câmaras de conversão, itens que caracterizam o sistema híbrido, poderão ser construídas com diversos materiais, dependendo das temperaturas de projeto, do gás de trabalho utilizado, das pressões envolvidas, do ambiente e condições de operação. Estas câmaras possuem cada uma, três subcâmaras e estas devem ser projetadas observando a exigência de isolamento térmico entre si para minimizar o fluxo direto de energia a partir das áreas quentes para as frias, esta condição é importante para a eficiência geral do sistema. Estas câmaras possuem internamente elementos que movimentam o gás de trabalho entre as subcâmaras quente, fria e isoladas, estes elementos podem ser de diversas formas geométricas, depende da exigência e dos parâmetros do projeto, poderá, por exemplo, ser em forma de discos, em forma cilíndrica ou outra que permita a movimentação do gás de trabalho de forma controlada entre as subcâmaras.

[036] O elemento de transferência de massa, (34), interliga as duas câmaras, (33 e 35), este elemento é o responsável pela transferência de parte da massa de gás de trabalho entre as câmaras que ocorre em momento específico durante os processos adiabáticos. Este elemento poderá ser projetado de várias formas dependendo das exigências do projeto, poderá operar pela simples diferença de pressão, isto é em forma de válvula, ou poderá operar de modo forçado, por exemplo, em forma de turbina, em forma de pistões ou em outra forma geométrica que lhe permita executar a transferência de massa de parte do gás de trabalho.

[037] O elemento de força motriz, (38), é o responsável por executar o trabalho mecânico e disponibilizá-lo para usos. Este elemento de força motriz opera pelas forças do gás de trabalho do motor, este elemento poderá ser projetado de várias formas, dependendo das exigências de projeto, poderá, por exemplo, ser em forma de turbina, em forma de pistões com cilindro, bielas, virabrequins, em forma de diafragma ou em outra forma que permita a realização de trabalho a partir das forças do gás durante as conversões termodinâmicas.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[038] As figuras anexas demonstram as principais características e propriedades dos conceitos antigos das máquinas térmicas e as inovações propostas baseadas no sistema híbrido, sendo representadas conforme segue abaixo: A figura 1 representa o conceito de sistema termodinâmico aberto e o conceito de sistema termodinâmico fechado; A figura 2 representa a característica de todos os ciclos termodinâmicos fundamentados nos sistemas aberto e fechado; A figura 3 mostra a ideia original da máquina térmica de Carnot, conceituada em 1824 por Nicolas Sadi Carnot; A figura 4 representa o conceito de sistema termodinâmico híbrido; A figura 5 representa a característica dos ciclos termodinâmicos diferenciais fundamentados no sistema híbrido; A figura 6 mostra o sistema termodinâmico híbrido e um ciclo termodinâmico diferencial e o detalhe dos dois processos termodinâmicos que ocorrem simultaneamente; A figura 7 mostra o modelo mecânico constituído pelos dois subsistemas termodinâmicos que formam um motor térmico sob o conceito de sistema híbrido; A figura 8 mostra um dos subsistemas, grupo (31), realizando o processo isobárico de alta temperatura do ciclo termodinâmico e o segundo subsistema, grupo (37), realizando o processo isobárico de baixa temperatura do ciclo termodinâmico; A figura 9 mostra um dos subsistemas, grupo (31), realizando o processo adiabático de expansão do ciclo termodinâmico e o segundo subsistema, grupo 37, realizando o processo adiabático de compressão do ciclo termodinâmico; A figura 10, mostra por sua vez, o primeiro subsistema, grupo (31), realizando o seu processo isobárico de baixa temperatura do ciclo termodinâmico e o segundo subsistema, grupo (37), realizando o processo isobárico de alta temperatura do ciclo termodinâmico; A figura 11 mostra primeiro subsistema, grupo (31), realizando o processo adiabático de compressão do ciclo termodinâmico e o segundo subsistema, grupo (37), realizando o processo adiabático de expansão do ciclo termodinâmico; A figura 12 mostra o ciclo termodinâmico diferencial ideal composto por dois processos isobáricos de alta temperatura, dois processos isobáricos de baixa temperatura dois processos adiabáticos de expansão, dois processos adiabáticos de compressão; A figura 13 mostra um exemplo de aplicação do motor para uma planta geradora de eletricidade tendo como fonte primária a energia geotermal; A figura 14 mostra um exemplo de aplicação do motor para uma planta geradora de eletricidade tendo como fonte primária a energia termossolar; A figura 15 mostra um exemplo de aplicação do motor de ciclo diferencial para um projeto de um sistema combinado, formando um ciclo combinado com um motor de combustão interna do sistema aberto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO

[039] O motor de ciclo diferencial constituído por dois processos isobáricos de alta temperatura, dois processos isobáricos de baixa temperatura, dois processos adiabáticos de expansão, dois processos adiabáticos de compressão é fundamentado em um sistema termodinâmico híbrido, ou também pode ser denominado de sistema termodinâmico binário por possuir dois subsistemas termodinâmicos interdependentes os quais cada um realiza um ciclo termodinâmico que interagem-se entre si, podendo trocar calor, trabalho e massa conforme é representado na figura 4. Em 22, da figura 4, é mostrado o sistema híbrido, composto por dois subsistemas indicados por (21 e 23).

[040] Na figura 6 é mostrado novamente o sistema termodinâmico híbrido e o ciclo termodinâmico diferencial, detalhando, neste caso os processos, que quando em um dos subsistemas, no tempo (t1) o ciclo opera com massa (m1), número de mol (n1) e temperatura (Tq), neste mesmo instante, simultaneamente, no outro subsistema, o ciclo opera com massa (m2), número de mol (n2), temperatura (Tf). Em uma máquina baseada em um sistema híbrido, composto por dois subsistemas, a soma da massa de gás de trabalho é sempre constante (m1 + m2 = cte), porém não necessariamente são constantes nos seus respectivos subsistemas, entre eles pode haver troca de massa.

[041] Na figura 7 é mostrado o modelo de motor baseado no sistema híbrido, contendo dois subsistemas indicado por (31 e 37). Cada subsistema possui sua câmara de conversão termomecânica, (33 e 35), um elemento de força motriz, (38). Fazendo conexão entre os subsistemas para os processos de transferência de massa, há um elemento de transferência de massa (34).

[042] As figuras 8, 9, 10 e 11 mostram como ocorrem mecanicamente o ciclo termodinâmico de oito processos, passo a passo, quatro isobáricos e quatro adiabáticos com transferência de massa. O subsistema 31 executa o semiciclo (a-b-c-d- a) e o subsistema 37 executa o semiciclo (1-2-3-4-1). Na figura 8, o subsistema 31 expõe o gás de trabalho à fonte quente, na temperatura (Tq), indicado em 39, este subsistema executa o processo isobárico de expansão e alta temperatura (a-b) mostrado na figura 12 e simultaneamente o subsistema. 37 expõe o gás de trabalho à fonte fria, na temperatura (Tf), indicado em 310, e neste instante, simultaneamente, este subsistema executa o processo isobárico de compressão e baixa temperatura (34). Após finalização dos processos isobáricos (a-b) e (3-4), na figura 9, o subsistema 31 expõe o gás de trabalho à região isolada, indicado em 32, este subsistema executa o processo adiabático de expansão (b-c) mostrado na figura 12 e simultaneamente o subsistema 37 expõe o gás de trabalho também à uma região isolada, indicado em 36 onde o gás executa o processo adiabático de compressão (4-1) e simultaneamente aos processos adiabáticos (b-c) e (4-1) ocorre uma transferência de massa variável na fase (b-4-1). Após finalização dos processos adiabáticos (b-c) e (4- 1), na figura 10, o subsistema 31 expõe o gás de trabalho à fonte fria, na temperatura (Tf), indicado em 41, este subsistema executa o processo isobárico de compressão e baixa temperatura (c-d) mostrado na figura 12 e simultaneamente o subsistema 37 expõe o gás de trabalho à fonte quente, na: temperatura (Tq), indicado em 42, e neste instante, simultaneamente, este subsistema executa o processo isobárico de expansão e alta temperatura (1-2). Após finalização dos processos isobáricos (c-d) e (1-2), na figura 11, o subsistema 31 expõe o gás de trabalho à região isolada, indicado em 32, este subsistema executa o processo adiabático de compressão (d-a) mostrado na figura 12 e simultaneamente o subsistema 37 expõe o gás de trabalho também à urna região isolada, indicado em 36 onde o .gás executa o processo adiabático de expansão (2-3) e simultaneamente aos processos adiabáticos (d-a) e (2-3) ocorre uma transferência de massa variável na fase (2-d-a), finalizando o ciclo termodinâmico diferencial de oito processos, sendo quatro processos isobáricos e quatro processos adiabáticos e estes com transferência de massa variável.

[043] A figura 12 mostra o ciclo diferencial ideal de oito processos completos do motor, baseado no conceito de sistema termodinâmico híbrido, onde sempre ocorrem dois processos termodinâmicos simultâneos, exemplificado pelas indicações 64 e 65, até formar o ciclo completo de oito processos. Em 61, a sequência (a-b-c-d-a) mostra os processos de um dos subsistemas que forma um dos semiciclos do motor e a sequencia (1-2-3-4-1) mostra os processos do segundo subsistema que forma o outro semiciclo do motor, todos interdependentes.

[044] Na figura 12, em (61), a curva indicada por (63) mostra os processos (a-b-c- d-a) de um dos subsistemas, o processo (a-b) é isobárico de alta temperatura onde ocorre a entrada de energia no sistema mostrado em (67), ocorre simultaneamente com o processo isobárico de baixa temperatura (3-4) por onde ocorre o descarte da energia não utilizada mostrado em (68) da curva indicada por (62) do outro subsistema. O processo (b-c) é adiabático de expansão, ocorre simultaneamente com o processo (41), também adiabático, porém de compressão, no processo (b-c) ocorre a transferência de calor (energia) do gás do motor para o eixo, transformando-se em energia cinética, simultaneamente no processo (4-1) ocorre a transferência da energia cinética para o gás do motor recebida do eixo, também num processo adiabático, simultaneamente ainda, durante os processos adiabáticos do ciclo do motor, ocorre a transferência de massa, saindo (n1 - n2) mol de gás no processo adiabático de expansão (b-c), para o outro subsistema, durante o processo adiabático de compressão (4-1). Os processos (2-3) e (d-a) são idênticos aos processos (b-c) e (4-1). O processo (c-d) é isobárico de baixa temperatura e ocorre simultaneamente ao processo (1-2), isobárico de alta temperatura. O processo (d-a) é adiabático de compressão, com incremento de massa e ocorre simultaneamente ao processo (2-3), adiabático de expansão, com redução de massa, finalizando assim o ciclo termodinâmico com oito processos do motor, sempre dois simultâneos, a soma da massa de gás de trabalho dos dois subsistemas que formam o motor é sempre constante.

[045] Nas câmaras de conversão do motor, os processos isobáricos do ciclo do motor (1-2), (a-b), (3-4) e (c-d) são realizados com o gás confinado em uma geometria caracterizada por uma inércia térmica em que o gás tenha uma taxa de variação da temperatura tal que o mesmo tende a equalizar com os elementos quentes ou frios apenas no final destes processos, fazendo que a pressão fique relativamente estável, isto é, isobárica. Esta geometria deve ser caracterizada por uma profundidade não muito pequena para a penetração do calor no gás, ou por um deslocamento do gás entre os elementos quentes e frios não muito rápido de forma a produzir uma taxa de variação da temperatura em todo o processo isobárico fazendo com que a pressão tenha um comportamento constante. Os processos adiabáticos do ciclo do motor (2-3) e (b-c) são realizados com o gás em uma região isolada termicamente do motor, e neste processo o gás de trabalho sofrerá uma expansão transferindo a energia do gás para os elementos mecânicos do motor, armazenando a energia em forma de energia cinética e nos processos adiabáticos de compressão do ciclo do motor (4-1) e (d-a) são realizados também com o gás em uma região isolada termicamente, e neste processo os elementos mecânicos do motor por compressão, transferem a energia cinética de volta para o gás do motor, elevando sua temperatura, concluindo o processo.

[046] A tabela 1 mostra processo por processo que formam o ciclo diferencial de oito processos do motor térmico mostrados passo a passo, com quatro processos isobáricos, quatro processos adiabáticos e etapas de transferência de massa. Tabela 1

[047] Este ciclo diferencial de um motor composto por dois subsistemas baseado no conceito de sistema híbrido, cuja curva da pressão e do volume é indicado na figura 12, possui oito processos, dois processos isobáricos de alta temperatura de entrada de energia no sistema, mostrado por (67), curvas (1-2) e (a-b) são representadas pelas expressões (d) e (e), dois processos isobáricos de baixa temperatura de descarte da energia não utilizada, mostrada por (68), curvas (3-4) e (c-d) representados pelas expressões (f) e (g), a energia interna do gás no ponto (2) do processo (1-2) é representado pela expressão (h), a energia interna do gás no ponto (b) do processo (a- b) é representado pela expressão (i), a energia transferida com a massa de gás a partir do ponto (2) do processo (1-2) é representado pela expressão (j), a energia transferida com a massa de gás a partir do ponto (b) do processo (a-b) é representado pela expressão (k), o processo de expansão adiabático (2-3) é representado pela expressão (l), o processo de expansão adiabático (b-c) é representado pela expressão (m), a energia interna no gás no ponto (3) é a resultante da energia do ponto (2) após a transferência de massa e da expansão adiabática, representada pela expressão (n), a energia interna no gás no ponto (c) é a resultante da energia do ponto (b) após a transferência de massa e da expansão adiabática, representada pela expressão (o), a energia interna do gás no ponto (4) do processo (3-4) é representado pela expressão (p), a energia interna do gás no ponto (d) do processo (c-d) é representado pela expressão (q), a energia interna no gás no ponto (1) é a resultante da energia do ponto (4) após a introdução da massa e da compressão adiabática, representada pela expressão (r), a energia interna no gás no ponto (a) é a resultante da energia do ponto (d) após a introdução da massa e da compressão adiabática, representada pela expressão (s). As expressões consideram o sinal do sentido do fluxo das energias.

[048] Considerando que (T1 = Ta) e (T2 = Tb), o total de energia de entrada no motor é a soma das energias Q(1-2) e Q(a-b)e é representada pela expressão (t) abaixo.

[049] Considerando que (T3 = Tc) e (T4 = Td), o total de energia descartada para o meio exterior é a soma das energias Q(3-4) e Q(c-d) e na sua forma positiva, é representada pela expressão (u) abaixo.

[050] O trabalho útil total do motor, considerando um modelo ideal sem perdas, é a diferença entre a entrada e a saída da energia e é representado pela expressão (v) abaixo.

[051] Os processos adiabáticos de expansão e de compressão, mostrados pelas expressões (h) até (s) são iguais, a energia é transferida no processo de expansão e recuperada no processo de compressão, isto é, a energia nos processos adiabáticos se conservam nos subsistemas.

[052] A demonstração final teórica da eficiência do ciclo diferencial de oito processos, quatro processos isobáricos, quatro processos adiabáticos com transferência de massa é dada pela expressão (x), caracterizando que os ciclos diferenciais baseados no sistema termodinâmico híbrido possuem como parâmetro da eficiência, também o número de moles ou massa nos processos e, portanto estes ciclos não possuem suas eficiências dependentes exclusivamente das temperaturas.

EXEMPLOS DE APLICAÇÕES

[053] Os motores de ciclo diferenciais baseados no sistema híbrido operam com calor, não exigem combustão, embora possa ser utilizada, não exige queima de combustíveis, embora possa ser utilizada, portanto podem operar em ambientes com ou sem atmosfera. O ciclo termodinâmico não exige troca de fase física do gás de trabalho. Pelas suas propriedades expostas nesta descrição, os motores de ciclo diferenciais podem ser projetados para operar em uma larga faixa de temperatura, superiores à maioria dos ciclos motores existentes baseados nos sistema aberto ou fechado. Os motores de ciclo diferenciais são totalmente flexíveis quanto à fonte da energia (calor), na figura 13 é mostrado uma aplicação para o emprego do motor de ciclo diferencial para a geração de energia a partir de fontes geotermais. A figura 13 mostra um sistema de transferência de calor do solo (76) para um coletor (74), formado basicamente por uma bomba (77) que injeta um fluido, normalmente água, pelo duto (73). O calor no coletor (74) é transferido para o motor de ciclo diferencial (71), o qual descarta parte da energia para o meio externo através do trocador de calor (75) e converte outra parte da energia em trabalho, operando um gerador (72) o qual produz eletricidade.

[054] A figura 14 mostra outra aplicação útil para o motor de ciclo diferencial para a produção de energia a partir do calor do sol. Os raios solares são coletados através do concentrador (83), a energia (calor) é transferida para o elemento (84) o qual direciona o calor para o motor de ciclo diferencial (81), este converte parte da energia em trabalho útil para operar um gerador de eletricidade, (82), parte da energia é descartada ao meio externo através do trocador (85). A figura 15 mostra outra aplicação útil para o motor de ciclo diferencial para melhorar a eficiência de motores de combustão interna, formando ciclos combinados com estes. O calor rejeitado pelas exaustões, (96), dos motores de combustão interna, indicado por (92), alimentados por combustíveis, (97), de ciclo Brayton, ciclo Diesel, ciclo Sabathe, ciclo Otto, ciclo Atkinson, são canalizados para a entrada de energia (calor) do motor de ciclo diferencial, (91), através de um trocador (93), promovendo um fluxo de calor, (911), do motor de combustão interna, (92), em direção ao motor de ciclo diferencial 91 e este converte parte desta energia em força mecânica útil, (913) que pode ser integrada à força mecânica do motor de combustão interna, (912) gerando uma força mecânica única, (98), ou direcionada a produzir energia elétrica. O descarte da energia não convertida pelo motor de ciclo diferencial segue para o meio externo indicado por (910). Esta aplicação permite recuperar parte da energia que os ciclos dos motores de combustão interna não podem utilizar para a realização de trabalho útil e assim melhorar a eficiência geral do sistema.

Claims (9)

1) “MOTOR TÉRMICO”, caracterizado por ser composto por dois subsistemas termodinâmicos, (31) e (37), configurando um sistema termodinâmico híbrido, onde cada subsistema é formado por uma câmara, (33) e (35), contendo gás de trabalho e cada uma destas duas câmaras são formadas por três subcâmaras, uma aquecida,(33 com 39) e (35 com 42), uma resfriada, (33 com 41) e (35 com 310), e outra isolada, (33 com 32) e (35 com 36), conectado a estas duas câmaras há um elemento de força motriz, (38), entre os subsistemas há um elemento de transferência de massa, (34), estes dois subsistemas executam simultaneamente cada um deles, um ciclo de quatro processos interdependentes formando um ciclo termodinâmico diferencial, (61), único, de oito processos, sendo quatro deles isobáricos, (a-b), (1-2), (c-d) e (3-4), quatro adiabáticos, (b-c), (2-3), (d-a) e (4-1), com transferência de massa variável.

2) “MOTOR TÉRMICO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser composto por duas câmaras, (33 e 35), cada câmara é dividida em três subcâmaras, uma subcâmara aquecida, (33 com 39) e (35 com 42), uma subcâmara resfriada, (33 com 41) (35 com 310), e uma subcâmara isolada termicamente, (33 com 32) e (35 com 36), formando cada câmara, um subsistema, (31 e 37), e a junção destes dois subsistemas formam um sistema termodinâmico híbrido.

3) “MOTOR TÉRMICO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir um elemento de força motriz (38), conectado às duas câmaras de conversão termodinâmicas (33 e 35).

4) “MOTOR TÉRMICO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir um elemento de transferência de massa do gás de trabalho (34), entre as câmaras.

5) “PROCESSO DE CONTROLE DO MOTOR TÉRMICO”, das reivindicações 1 a 4, caracterizado por um ciclo termodinâmico formado por oito processos sendo que o semiciclo (a-b-c-d-a) ocorre no subsistema (31)com quatro processos e o semiciclo (1-2-3-4-1) ocorre no subsistema (37) também com quatro processos e os semiciclos são interdependentes formando um ciclo de oito processos termodinâmicos e podem ser descritos da seguinte forma, iniciando a formação do ciclo o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à fonte quente, na temperatura (Tq), (39), este subsistema executa o processo isobárico de expansão e alta temperatura (a-b) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho à fonte fria, na temperatura (Tf), (310), e neste instante, simultaneamente, este subsistema executa o processo isobárico de compressão e baixa temperatura (3-4), após finalização dos processos isobáricos (a-b) e ( 3-4), o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à região isolada (32), este subsistema executa o processo adiabático de expansão (b-c) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho também à uma região isolada (36) onde o gás executa o processo adiabático de compressão (4-1) e simultaneamente aos processos adiabáticos (b-c) e (4-1) ocorre uma transferência de massa variável na fase (b-4-1), após finalização dos processos adiabáticos (b-c) e (4-1), o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à fonte fria, na temperatura (Tf), (41), este subsistema executa o processo isobárico de compressão e baixa temperatura (c-d) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho à fonte quente, na temperatura (Tq), (42), e neste instante, simultaneamente, este subsistema executa n processo isobárico de expansão e alta temperatura (1-2), após finalização dos processos isobáricos (c-d) e ( 1-2), o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à região isolada, (32), este subsistema executa o processo adiabático de compressão (d-a) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho também à uma região isolada (36) onde o gás executa o processo adiabático de expansão (2-3) e simultaneamente aos processos adiabáticos (d-a) e (2-3) ocorre uma transferência de massa variável na fase (2-d-a), finalizando o ciclo termodinâmico diferencial de oito processos, sendo quatro processos isobáricos e quatro processos adiabáticos e estes com transferência de massa variável.

6) “PROCESSO DE CONTROLE DO MOTOR TÉRMICO”, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por um ciclo termodinâmico formado por oito processos de forma que iniciando a formação do ciclo o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à fonte quente, na temperatura (Tq), (39), este subsistema executa o processo isobárico de expansão e alta temperatura (a-b) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho à fonte fria, na temperatura (Tf), (310), e neste instante, simultaneamente, este subsistema executa o processo isobárico de compressão e baixa temperatura (3-4).

7) “PROCESSO DE CONTROLE DO MOTOR TÉRMICO”, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por possuir um ciclo termodinâmico em que após finalização dos processos isobáricos (a-b) e ( 3-4), o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à região isolada (32), este subsistema executa o processo adiabático de expansão (b-c) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho também à uma região isolada (36) onde o gás executa o processo adiabático de compressão (41) e simultaneamente aos processos adiabáticos (b-c) e (4-1) ocorre uma transferência de massa variável na fase (b-4-1).

8) “PROCESSO DE CONTROLE DO MOTOR TÉRMICO”, de acordo com as reivindicações 5, 6 e 7, caracterizado por possuir um ciclo termodinâmico em que após finalização dos processos adiabáticos (b-c) e (4-1), o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à fonte fria, na temperatura (Tf), (41), este subsistema executa o processo isobárico de compressão e baixa temperatura (c-d) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho à fonte quente, na temperatura (Tq), (42), e neste instante, simultaneamente, este subsistema executa o processo isobárico de expansão e alta temperatura (1-2).

9) “PROCESSO DE CONTROLE DO MOTOR TÉRMICO”, de acordo com as reivindicações 5, 6 e 7, caracterizado por possuir um ciclo termodinâmico em que após finalização dos processos isobáricos (c-d) e ( 1-2), o subsistema (31) expõe o gás de trabalho à região isolada, (32), este subsistema executa o processo adiabático de compressão (d-a) e simultaneamente o subsistema (37) expõe o gás de trabalho também à uma região isolada (36) onde o gás executa o processo adiabático de expansão (2-3) e simultaneamente aos processos adiabáticos (d-a) e (2-3) ocorre uma transferência de massa variável na fase (2-d-a), finalizando o ciclo termodinâmico diferencial de oito processos, sendo quatro processos isobáricos e quatro processos adiabáticos e estes com transferência de massa variável.