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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0147-8685
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto e dimensionamento de um motor de pistão livre para operação em associação com um gerador elétrico linear
Alternate title (s): Design and dimensioning of a free piston engine for operation in association with a linear electric generator
Author: Rigobello, Lucas da Silva
First Advisor: Santos, Marcelo Braga dos
First coorientator: Borges, José Antônio Ferreira
First member of the Committee: Cunha Junior, Sebastião Simoes da
Second member of the Committee: Carvalho, Solidonio Rodrigues de
Summary: Tendo como princípio a ideia de que os atuais combustíveis fósseis não condizem com o conceito de sustentabilidade, surge então a necessidade de se repensar a maneira como a energia é produzida e utilizada. Para isso, observa-se duas vertentes: uma que apresenta o conceito de energia renovável e a segunda que propõe maior eficiência energética. Assim o presente trabalho é de certa forma motivado por ambas as vertentes. No âmbito de eficiência energética é proposto o desenvolvimento de um sistema composto por um motor linear de pistão livre em conjunto com um gerador elétrico linear que promete uma melhor eficiência quando comparado com motores convencionais. Já na vertente de energia renováveis, este apresenta a proposta de utilizar como combustível um gás decorrente da síntese de resíduos sólidos urbanos. Um motor de dois tempos, de pistão duplo e com sistema de limpeza Uniflow, define a configuração aplicada neste projeto de free piston engine generator. O modelo matemático empregado é aprimorado de forma a contabilizar os fluxos de massa durante as trocas gasosas, e as geometrias de portas e válvulas. A análise de sensibilidade dos parâmetros, da geometria do motor, dos tempos de admissão e exaustão, do sistema dinâmico e massa de combustível, é realizada para se observar as influências sobre o comportamento do motor. Um problema de otimização é estruturado com objetivo de encontrar a melhor configuração que resulte na máxima eficiência do conjunto motor-gerador. A partir da configuração otimizada, estima-se às condições de pico e médias, da operação do motor de pistão livre. Estas informações são utilizadas na especificação de material e dimensionamento do cilindro, cabeçote, parafusos, pistão, anéis e pino do pistão.
Abstract: Following the idea that the current fossil fuels do not follow the sustainability concept, it comes to light the need to reevaluate the way energy is produced and used. So, there are two aspects: one that presents the concept of renewable energy and the second that seeks higher energy efficiency. The present work is somewhat motivated by both aspects. In terms of energy efficiency, it is proposed the development of a free-piston linear motor combined with a linear electric generator that promises better efficiency in comparison to conventional motors. On the other hand, in terms of renewable energy, it proposes to use as fuel, a gas from synthesis of urban solid waste. A two-stroke, doublepiston engine with Uniflow scavenging, defines the configuration used in this free piston engine generator project. The mathematical model adopted is improved in order to account for mass flows during gas changes, and the geometries of ports and valves. The sensitivity analysis of the parameters, as geometry of the engine, the intake and exhaust times, the dynamic system and the fuel mixture, is performed to note the influences on the engine behavior. An optimization problem is structured in order to find the best configuration that results in the maximum efficiency of the generator set. Further, from the optimized configuration, the peak and average operation conditions of the free piston engine are estimated. This information is used in the material specification and designing of the cylinder, cylinder head, screws, piston, rings and piston pin.
Keywords: Motor de pistão livre
Otimização
Especificação de material
Dimensionamento
Free piston engine
Optimization
Material specification
Design
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Subject: Motores
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: RIGOBELLO, Lucas da Silva. Projeto e dimensionamento de um motor de pistão livre para operação em associação com um gerador elétrico linear. 2020. 124 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.567
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.567
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29936
Date of defense: 14-Aug-2020
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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