Dissertação
Projeto e dimensionamento de um motor de pistão livre para operação em associação com um gerador elétrico linear
Design and dimensioning of a free piston engine for operation in association with a linear electric generator
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Autor
Rigobello, Lucas da Silva
Institución
Resumen
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. FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Dissertação (Mestrado) 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.