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dc.creatorSantos, Evandro Evangelista-
dc.date.accessioned2025-12-12T15:03:38Z-
dc.date.available2025-12-12T15:03:38Z-
dc.date.issued2025-09-19-
dc.identifier.citationSANTOS, Evandro Evangelista. Otimização dos parâmetros operacionais de um motor linear via simulações multidimensionais. 2025. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.697.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47838-
dc.description.abstractNumerical models capable of simulating a linear engine and an electric generator in a coupled manner generally employ a representation of combustion inside the engine cylinder based on a quasi-dimensional thermodynamic model. In this sense, the space dependent physical and chemical phenomena are represented in a simplified way. Due to the simplifying assumptions associated with the model, all phenomena related to combustion chemical kinetics, fluid dynamics, and heat transfer are summarized in the universal gas law and in a combustion heat release function. In such models, the calculation is extremely simple from a computational point of view and allows the execution of an optimization process for the selection of optimal characteristics and operational parameters of the linear engine, leading to the sizing and geometric design of the combustion chamber used in this work. The aim of this work is to validate and propose modifications to the optimized design by using multidimensional simulations of the designed engine, seeking performance improvements. Thus, throughout the development of this study, the objective was to maximize parameters such as thermal efficiency and gross indicated work per cycle. Three distinct configurations were investigated. The first concerns the original configuration of the engine, in which a stoichiometric air-fuel mixture enters the cylinder through ports. It was found, however, that such configuration caused reverse mass flow through the ports and autoignition of hydrocarbons in the pyrolysis gas. In the second configuration, the air-fuel mixture was admitted through valves, and it was observed that the reverse mass flow through the valves can be mitigated provided that an appropriate displacement profile is applied. Even in this configuration, C3H6 present in the pyrolysis gas undergoes autoignition, and the performance remains below expectations. For this reason, the third and final configuration was tested, with fresh air intake through the ports and direct injection of pyrolysis gas into the cylinder. This configuration, with a pyrolysis gas injection pressure of 8 bar, proved to be the most promising, achieving a thermal efficiency of 54.20% and a gross indicated work per cycle of 160 J.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.description.sponsorshipFinep - Financiadora de Estudos e Projetospt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMotor linearpt_BR
dc.subjectMotogerador linearpt_BR
dc.subjectGás de pirólisept_BR
dc.subjectOtimizaçãopt_BR
dc.subjectSimulações multidimensionaispt_BR
dc.subjectFree-piston enginept_BR
dc.subjectFree-piston generatorpt_BR
dc.subjectPyrolysis gaspt_BR
dc.subjectOptimizationpt_BR
dc.subjectMultidimensional simulationspt_BR
dc.subjectEngenharia Mecânicapt_BR
dc.titleOtimização dos parâmetros operacionais de um motor linear via simulações multidimensionaispt_BR
dc.title.alternativeOptimization of the operational parameters of a free piston engine through multidimensional simulationspt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.advisor-co1Santos, Marcelo Braga dos-
dc.contributor.advisor1Carvalho, Solidônio Rodrigues de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8943889945992814pt_BR
dc.contributor.referee1Baêta, José Guilherme Coelho-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8847961357506883pt_BR
dc.contributor.referee2Murray, Henara Lillian Costa-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8973820249465087pt_BR
dc.contributor.referee3Carvalho, Solidônio Rodrigues de-
dc.contributor.referee4Santos, Marcelo Braga dos-
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/6334090015583113pt_BR
dc.description.degreenameDissertação (Mestrado)pt_BR
dc.description.resumoOs modelos numéricos capazes de simular de maneira acoplada um motor linear e um gerador elétrico em geral utilizam uma representação da combustão, no interior do cilindro do motor, baseada num modelo termodinâmico quase-dimensional. Nesse sentido, os fenômenos físicos e químicos dependentes do espaço são representados de maneira simplificada. Devido às hipóteses simplificadoras associadas ao modelo, todos os fenômenos referentes à cinética química da combustão, dinâmica de fluidos e transferência de calor são resumidos na lei universal dos gases e numa função de liberação de calor para a combustão. Em tais modelos o cálculo é extremamente simples do ponto de vista computacional e permite a execução de um processo de otimização para a escolha de características e parâmetros operacionais ótimos do motor linear, conduzindo ao dimensionamento e projeto geométrico da câmara de combustão utilizada neste trabalho. O objetivo deste trabalho é validar e propor alterações ao projeto otimizado ao utilizar simulações multidimensionais do motor projetado visando a melhoria de seu desempenho. Dessa forma, buscou-se, ao longo da realização do trabalho, maximizar parâmetros como eficiência térmica e trabalho bruto indicado por ciclo. Três configurações distintas foram estudadas. A primeira diz respeito à configuração original do motor, onde mistura ar-combustível estequiométrica adentra o cilindro através de janelas. Verificou-se, no entanto, que tal configuração provocava fluxo mássico reverso através das janelas e autoignição dos hidrocarbonetos do gás de pirólise. Na segunda configuração, realizou-se a admissão de mistura ar-combustível por meio das válvulas e constatou-se que o fluxo mássico reverso, através das válvulas, pode ser mitigado desde que se faça uso de um perfil de deslocamento adequado. Mesmo nesta configuração, o C3H6, presente no gás de pirólise, sofre autoignição e o desempenho fica aquém do desejável. Por isso, testou se a terceira e última configuração com admissão de ar puro pelas janelas e injeção direta de gás de pirólise no interior do cilindro. Esta configuração, para uma pressão de injeção de gás de pirólise de 8 bar, mostrou-se ser a mais promissora com uma eficiência térmica de 54,20% e trabalho bruto indicado por ciclo de 160 J.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration142pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALORpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOSpt_BR
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.697pt_BR
dc.crossref.doibatchidbb5c4758-8dcd-401a-9469-ce4c44b21e32-
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânicapt_BR
dc.subject.autorizadoMecânica dos fluidospt_BR
dc.subject.autorizadoMeios de transferência de calorpt_BR
dc.subject.autorizadoCombustãopt_BR
dc.subject.odsODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.pt_BR
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