Dynamic and thermodynamic model for linear free piston motor

Subject of several academic research and some applications in the industry, linear machines have great potential to replace conventional internal combustion engines. Such machines make it possible to minimize losses and maximize power, therefore, the study of these machines is of paramount importance for efficient and feasible energy utilization. The direct combination of a free piston engine with a linear generator is called free-piston engine generator (FPEG). It is considered an alternative non-conventional electric power generator. This work aims to develop a mathematical and numerical model of a linear free-piston generator. The modeling consisted of the development of a thermodynamic model, which gives the pressure inside the combustion chamber, and a dynamic model of a spring mass system, which defines the force due to the pressure inside the combustion chamber as excitation. The coupling of both models allowed the study and simulation of the thermal cycle, as well as the analysis of the following parameters: geometric parameters of the engine, pressure, loads, forces and mass / spring assembly. The results obtained were satisfactory when compared to data obtained in the scientific literature.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)Tema de diversas pesquisas acadêmicas e algumas aplicações na indústria, às máquinas lineares apresentam grande potencial para substituir motores convencionais de combustão interna. A possibilidade da minimização da perda de energia e maximização da potência torna o estudo dessas máquinas de suma importância, para um aproveitamento energético eficiente e viável. O gerador a motor de pistão livre (FPEG- Free-Piston Engine Generator) é considerado uma alternativa de mecanismo não convencional de geração de energia elétrica, sendo a combinação direta de um motor de pistão livre com o um gerador linear. O objetivo desse trabalho é implementar e desenvolver um modelo matemático e numérico de um gerador linear de pistão livre. A modelagem consistiu no desenvolvimento de um modelo termodinâmico, que obtém a pressão no interior da câmara de combustão, e um modelo dinâmico de um sistema de massa de mola, que define à pressão no interior da câmara de combustão como a força de excitação. O acoplamento de ambos os modelos permitiu o estudo e simulação do ciclo térmico, bem como a análise dos seguintes parâmetros: parâmetros geométricos do motor, pressão, cargas, forças e montagem massa / mola. Os resultados obtidos foram satisfatórios quando comparados aos dados obtidos na literatura científica