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dc.creatorRodrigues, Roger Victor-
dc.date.accessioned2020-05-28T13:27:13Z-
dc.date.available2020-05-28T13:27:13Z-
dc.date.issued2020-02-20-
dc.identifier.citationRODRIGUES, Roger Victor. Estudo e desenvolvimento numérico do projeto de um gerador elétrico acionado por motor a pistão livre. 2019. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.48pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29373-
dc.description.abstractDue to the constant restrictions, that regulate the level of pollutants emissions, on the market, the demand for more efficient alternatives for the conventional generators has increased, mainly those which energy source are fossil fuels. The Free-Piston Engine is one of those alternatives, as a concept that despite of the loss of popularity in the 60th of the last century, has attracted the attention of the research centers in recent years. It presents as advantages higher efficient, compactability, simplicity and easier maintainability, as well as the possibility of variable compression ratio. Those features justify the scientific effort made on this equipment. The assembly of a Free-Piston Engine and a Linear Electric Generator is denominated as Free-Piston Generator, which applicability in hybrid vehicles or as energy generator are widely referred. The objective of this work is to develop a mathematical and numerical model of a Free-Piston Generator for design and optimization purposes. Distinctly of the models available in the literature, the developed model must consider the relation between the Free-Piston Engine and the Linear Generator in a way that the dimensions and parameters of the electric element are also available for the final user. To achieve this goal, a model of a permanent magnetic electric generator is derived using a semi-analytical method, namely Subdomains Method, in order to estimate the magnetic field distribution in the interior of the machine. The results of the model were validated and compared with a Finite Element Method based model, and this comparison highlighted the advantages of the chosen method: the low-computational cost and small errors. To simulated the thermodynamic phenomena that are present in the Free-Piston Engine, a zero-dimensional model is derived from the First Law of Thermodynamics combined with inherent assumptions of the ideal gases theory. The derived model was validated by comparison with a more sophisticated model, namely Homogeneous Two-Zone Finite Release Cycle. The electromagnetic and thermodynamic models are associated with a third model, the dynamic model, derived from the Newton’s Second Law, in order to obtain the complete coupled model and meet the objetiv. To illustrate the capability of the obtained model, a set of parametric analysis are made and observations on the relation between the variables of the model are done. At the end, a procedure for design a Linear Free-Piston Generator using the proposed model is described.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectMotor de pistão livrept_BR
dc.subjectFree-piston enginept_BR
dc.subjectMoto-Gerador Linearpt_BR
dc.subjectFree-piston generatorpt_BR
dc.subjectModelo matemáticopt_BR
dc.subjectMathematical modelpt_BR
dc.subjectOtimizaçãopt_BR
dc.subjectOptimizationpt_BR
dc.subjectProjetopt_BR
dc.subjectDesignpt_BR
dc.titleEstudo e desenvolvimento numérico do projeto de um gerador elétrico acionado por motor a pistão livrept_BR
dc.title.alternativeStudy and numerical development of an electrical generator powered by a free-piston engine projectpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.advisor-co1Carvalho, Solidônio Rodrigues de-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8943889945992814pt_BR
dc.contributor.advisor1Santos, Marcelo Braga dos-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4411235950329370pt_BR
dc.contributor.referee1Ferreira, Antonio Carlos-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8556172670802342pt_BR
dc.contributor.referee2Souza, Francisco José de-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1257320066520278pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7526274306760407pt_BR
dc.description.degreenameDissertação (Mestrado)pt_BR
dc.description.resumoAs imposições dos órgãos governamentais que restringem os níveis de emissões de poluentes sobre o mercado têm impulsionado buscas por alternativas mais as eficientes aos equipamentos geradores convencionais, principalmente aqueles cuja fonte de energia são os combustíveis fósseis. Dentre essas alternativas, observa-se o motor de pistão livre, conceito que apesar de perder popularidade na década de 60 do século passado, tem atraído a atenção de diversos centros de pesquisas nos últimos vinte anos. As suas características como maiores eficiência e compactabilidade, simplicidade e manutenção facilitada, além da possibilidade de operar com taxa de compressão variável, justificam o esforço da comunidade científica em torno deste equipamento. Denomina-se por Moto-Geradores de Pistão Livre o conjunto motor de pistão livre e gerador elétrico linear, cuja aplicação em veículos automotivos híbridos ou como central de geração de energia elétrica é amplamente discutida. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático e numérico de um Moto-Gerador de Pistão Livre com o qual é possível projetá-lo e otimizá-lo. Diferentemente dos modelos disponíveis na literatura, o modelo desenvolvido deve abranger o acoplamento existente entre o motor de pistão livre e o gerador elétrico de tal forma que as dimensões e os parâmetros do equipamento elétrico também sejam variáveis disponíveis ao usuário do modelo. Para que o objetivo seja atingido, um modelo do gerador elétrico linear de imãs permanentes é desenvolvido recorrendo-se a um método semi-analítico, denominado Método dos Subdomínios, para estimativa da distribuição do campo magnético no interior da máquina. Os resultados deste modelo foram validados e comparados com um modelo baseado no Método dos Elementos Finitos, e estes destacaram as vantagens da técnica escolhida, a saber: o baixo custo computacional e os baixos valores de erro em relação ao modelo de referência. Para representar os fenômenos termodinâmicos presentes no motor de pistão livre, um modelo termodinâmico adimensional é derivado a partir da Primeira Lei da Termodinâmica associada a simplificações inerentes à teoria dos gases ideais. O modelo desenvolvido foi validado por comparação com um modelo mais sofisticado, denominado Homogeneous Two-Zone Finite Release Cycle. O acoplamento entre os modelos eletromagnético e termodinâmico, delimitados ao gerador elétrico e ao motor, respectivamente, é feito através de um modelo dinâmico derivado a partir da Segunda Lei de Newton, com o qual o objetivo do trabalho é atingido. Para demonstrar a potencialidade do modelo obtido, uma série de análises paramétricas é realizada a fim de entender superficialmente as relações existentes entre as diversas variáveis que compõem o modelo. Por fim, com as lições aprendidas através das análises, um procedimento para o projeto de um Moto-Gerador Linear utilizando o modelo desenvolvido é proposto.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration120pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.48pt_BR
dc.orcid.putcode74792929-
dc.crossref.doibatchid90237d08-dd15-44f5-aac3-4f6c653d3e54-
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