Neste trabalho aplica-se um método semi-empírico que utiliza uma técnica de otimização não linear para determinação das eficiências volumétrica e combinada do compressor hermético alternativo. Relações para estimar aproximadamente o fluxo de massa e a potência elétrica do compressor também são propostas. Todas estas características do compressor são calculadas através das relações físicas do modelo, empregadas nos cálculos de otimização. O método é implementado no software EES (Engineering Equation Solver) e baseia-se nos trabalhos de Jahing (1999) e Jahing et al. (2000). No presente método, cinco medições experimentais do fluxo de massa e potência elétrica são suficientes para determinar os parâmetros de ajuste do modelo. Este procedimento permite a geração de mapas de compressores satisfatórios sem a necessidade de um maior número de dados experimentais como no caso da norma ARI 540. Estes resultados obtidos com o modelo podem ser usados para o projeto de novos compressores. / In the present work is applied a semi-empirical method that uses a non-linear optimization technique for determination of the volumetric and combined efficiencies of hermetic reciprocating compressor. Relations to approximately estimate the mass flow and the electric power of the compressor are also proposed. All these compressor characteristics are calculated through physical model relations, used in the optimization calculations. The method is implemented in the EES (Engineering Equation Solver) software and is based on the works of Jahing (1999) and Jahing et al. (2000). In the method, four experimental measurements of the mass flow and electric power are enough to determine the fitting parameters of the model. This procedure allows the generation of satisfactory compressor maps without the necessity of a higher number of experimental data, as in the case of norm ARI 540 application. The results obtained with the model can be used for the design of new compressors.

Neste trabalho aplica-se um método semi-empírico que utiliza uma técnica de otimização não linear para determinação das eficiências volumétrica e combinada do compressor hermético alternativo. Relações para estimar aproximadamente o fluxo de massa e a potência elétrica do compressor também são propostas. Todas estas características do compressor são calculadas através das relações físicas do modelo, empregadas nos cálculos de otimização. O método é implementado no software EES (Engineering Equation Solver) e baseia-se nos trabalhos de Jahing (1999) e Jahing et al. (2000). No presente método, cinco medições experimentais do fluxo de massa e potência elétrica são suficientes para determinar os parâmetros de ajuste do modelo. Este procedimento permite a geração de mapas de compressores satisfatórios sem a necessidade de um maior número de dados experimentais como no caso da norma ARI 540. Estes resultados obtidos com o modelo podem ser usados para o projeto de novos compressores. / In the present work is applied a semi-empirical method that uses a non-linear optimization technique for determination of the volumetric and combined efficiencies of hermetic reciprocating compressor. Relations to approximately estimate the mass flow and the electric power of the compressor are also proposed. All these compressor characteristics are calculated through physical model relations, used in the optimization calculations. The method is implemented in the EES (Engineering Equation Solver) software and is based on the works of Jahing (1999) and Jahing et al. (2000). In the method, four experimental measurements of the mass flow and electric power are enough to determine the fitting parameters of the model. This procedure allows the generation of satisfactory compressor maps without the necessity of a higher number of experimental data, as in the case of norm ARI 540 application. The results obtained with the model can be used for the design of new compressors.

Oil feed grooves are implemented in reciprocating compressor piston applications to assure a constant supply of lubricating oil on bearing surfaces and decrease friction loss. In a hermetically sealed compressor, due to small clearances encountered, oil supply becomes critical in order not to operate in boundary lubrication regime. Due to the small size of the piston and small piston &ndash / cylinder clearance, a partial lubrication regime is present. In the current study, a model that solves Reynolds&rsquo / equation for piston-cylinder lubrication and the average Reynolds&rsquo / equation that considers the effect of roughness on partially lubricated bearing for a compressor piston with oil feed grooves is developed. A parametric study is carried out to investigate the effects of piston design parameters and then arrive at an improved piston performance by using alternative designs for oil feed groove and the other design parameters.

[pt] O presente trabalho trata da simulação de um compressor hermético alternativo operando em regime transiente. O modelo desenvolvido expande, para a simulação do regime transiente, de modelos de regime permanente existentes na literatura. No presente modelo o sistema é dividido em volumes de controle (motor, compressor, muflas, câmaras de sucção e de descarga, reservatório de óleo, linha de descarga, entre outros). Adota-se o modelo de parâmetros concentrados e aplicam-se as equações fundamentais de conservação, resultando em um sistema de equações diferenciais ordinárias. Especial atenção é dedicada à formação de espuma durante a partida. Sob tais condições, pode-se chegar à sucção de óleo por parte do compressor, com conseqüentes danos às partes móveis do conjunto mecânico. Em função da ausência de informação na literatura sobre formação de espumas em compressores herméticos, construiu-se um aparato experimental para reproduzir tais condições em laboratório. Utilizou-se uma combinação de refrigerante R134a e óleo poliol-ester, que foi submetida a condições controladas de despressurização, a partir de uma pressão inicial prescrita. O processo de formação de espuma (taxa, espessura e diâmetro de bolha) foi monitorado com o auxílio de uma câmara de vídeo digital. Uma série de corridas foi efetuada para diferentes concentrações de óleo e taxas de despressurização. Os dados experimentais permitiram estabelecer um modelo semiempírico de formação de espuma no interior de um compressor hermético. Simulou- se, também, o escoamento turbulento tridimensional de refrigerante no interior da carcaça. / [en] The present work is related to the simulation of a reciprocating hermetic compressor operating in transient regime. Hermetic compressors consist of a motor-compressor assembly hermetically sealed in a welded steel shell. Main components are: electric motor, suction and discharge mufflers, discharge line and the compressor itself, formed by the suction and discharge chambers, the pistondriving mechanism assembly and the cylinder body. The model here presented extends existing thermodynamic steady-state models for the transient operational condition. The system is divided into a number of control volumes, for which homogeneously distributed properties is assumed and fundamental conservation equations are applied. Special attention is given for foam formation, during startup. In such conditions, liquid oil can be drawn into the cylinder, causing a deterioration in the performance. Information on the phenomenon is scarce, which led to an effort of reproducing it at laboratory conditions. A saturated mixture of R134a and polyolester oil, at a given pressure, was submitted to controlled depressurization. The foam formation process (rate, height and bubble size) was measured with the help of a digital video camera. A number of runs were carried out, for different pressure drop rates and initial refrigerant concentrations. The experimental data was employed to adapt an existing model of foam formation. A new function for the volume rate of coalescence of gas bubbles was empirically determined. Computational Fluid Dynamics techniques were also used to predict the turbulent three-dimensional flow of refrigerant in the shell side.

Essa dissertação desenvolve e faz uso de uma técnica de medição com objetivo de obter dados experimentais envolvidos no ciclo de trabalho dos compressores herméticos alternativos, largamente utilizados nos sistemas de refrigeração. O trabalho mostra o comportamento das válvulas de admissão e descarga durante o funcionamento do compressor, as pressões no cilindro, na sucção, na descarga e também a variação de rotação do eixo durante um ciclo de compressão completo. Todas as características mensuradas estão referenciadas à posição angular do eixo do compressor, o que permitiu monitorar todos os eventos em função do seu deslocamento angular. Para o desenvolvimento desse trabalho foi necessário planejar um sistema de medição robusto, não vulnerável aos fatores ambientais, presentes dentro da carcaça do compressor. A limitação do espaço físico foi um fator de grande importância na escolha dos sensores, assim como a velocidade de resposta dos instrumentos, pois um ciclo de compressão tem período menor que 0,020 segundos. A coleta dos dados e a análise dos sinais foram realizadas com o auxilio de hardware apropriado e software especialmente desenvolvido. / In this dissertation it is developed and applied measurement methods to obtain experimental data of a hermetic compressor work cycle, widely used in the refrigeration systems. This work shows the suction and discharge valve behaviors, the pressure in the cylinder, as well as in the discharge and suction chambers, and also crankshaft rotation variation during a complete compression cycle. All the measurements are reference to crankshaft angular position of compressor which allows to verify the events as a function of the crankshaft angular displacement. For the development of this work it was necessary to plan a reliability measure system, not affected by environmental factors inside the housing of compressor. The inner space limitation was an important feature for choosing the sensors as well as their time response, since the period compression cycle is less than 0.020 seconds. The data acquisition and signal analysis were done with appropriate hardware and it was developed a specific software.

Essa tese tem o objetivo modelar um subconjunto de peças de um compressor hermético de refrigeração idealizado utilizando um programa de elementos finitos para estudar a pressão de contato na junta da placa de válvulas com e sem pressão de gás refrigerante. Nessa pesquisa também se faz a modelagem dinâmica da bomba de um compressor acadêmico com vistas a estudar a vibração gerada durante seu funcionamento. No estudo da junta de vedação se faz um modelo geométrico do conjunto cabeçote e juntas com um programa CAD. A partir da geometria do subconjunto um modelo físico é construído no ANSYS®, que leva em consideração as diferentes propriedades dos materiais do conjunto cabeçote e juntas, inclusive a não linearidade do material da junta. São feitas simulações aplicando diferentes valores de força normal nos parafusos do cabeçote. No estudo de vibração do compressor faz-se o modelo de CAD da bomba de onde se obtém seu peso e propriedades de inércia. A matriz de rigidez do sistema de suspensão da bomba é calculada e se faz a análise modal da bomba. Os resultados das análises de pressão de contato foram mostrados através de gráficos da normal closure e da normal pressure da junta. Eles indicam de forma clara as regiões de baixa pressão de contato aplicada pelas peças que estão ou deveriam estar comprimindo a junta de vedação, que seriam regiões de falhas. Na análise dinâmica da bomba do compressor, é calculada a matriz de rigidez total do sistema com as molas de suspensão, levando em consideração a rigidez compressiva, de flexão e cisalhante das molas. Com a solução do modelo dinâmico criado, calcula-se a matriz dinâmica, a matriz modal normalizada, a matriz de frequências características, o deslocamento <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; da bomba e também as energias cinética e potencial da bomba devido às forças de agitação. O modelo de elementos finitos da junta da placa de válvulas tem resultados coerentes e o modelo dinâmico da bomba fornece vários resultados para a análise de vibração de compressores. / This thesis has as objective to model a subset of parts of an idealized hermetic compressor for refrigeration using a program of finite elements intended to study the contact pressure on the valve plate gasket with and without pressure from the refrigerant gas. In this research a dynamic modelling of an academic compressor pump is also made with the aim of studying the vibration generated during its functioning. In the study of the sealing gasket, a geometric model of the cylinder head and gasket assembly is made by using a CAD program. From the geometric of the subset a physical model is built on the ANSYS®, which takes into account the different properties of the cylinder head and gasket assembly materials, including the non-linearity of the gasket material. Simulations are made by applying different normal force values on the cylinder head screws. In the compressor vibration study, a CAD pump model is made, thus obtaining its weight and inertia properties. The stiffness matrix of the pump suspension system is calculated and a modal analysis of the pump is made. The results from the contact pressure analyses were shown through \"normal closure\" and \"normal pressure\" charts of the gasket. They show in clear form the low contact pressure regions applied by the parts that are or should be compressing the sealing gasket, which would the regions of failures. In the dynamic analysis of the compressor pump, the total stiffness matrix of the system is calculated with the suspension springs, taking into account the compressive, flexural and shearing rigidities of the springs. With the solution of the dynamic model created, the following are calculated: the dynamic matrix, the normalized modal matrix, the characteristics frequency matrix, the <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; displacement from the pump, as well as the kinetic and potential energy of the pump due to shaking forces. The finite elements model of the valve plate gasket has coherent results and the dynamic model of the pump provides various results for the analysis of the compressor vibration.

Essa tese tem o objetivo modelar um subconjunto de peças de um compressor hermético de refrigeração idealizado utilizando um programa de elementos finitos para estudar a pressão de contato na junta da placa de válvulas com e sem pressão de gás refrigerante. Nessa pesquisa também se faz a modelagem dinâmica da bomba de um compressor acadêmico com vistas a estudar a vibração gerada durante seu funcionamento. No estudo da junta de vedação se faz um modelo geométrico do conjunto cabeçote e juntas com um programa CAD. A partir da geometria do subconjunto um modelo físico é construído no ANSYS®, que leva em consideração as diferentes propriedades dos materiais do conjunto cabeçote e juntas, inclusive a não linearidade do material da junta. São feitas simulações aplicando diferentes valores de força normal nos parafusos do cabeçote. No estudo de vibração do compressor faz-se o modelo de CAD da bomba de onde se obtém seu peso e propriedades de inércia. A matriz de rigidez do sistema de suspensão da bomba é calculada e se faz a análise modal da bomba. Os resultados das análises de pressão de contato foram mostrados através de gráficos da normal closure e da normal pressure da junta. Eles indicam de forma clara as regiões de baixa pressão de contato aplicada pelas peças que estão ou deveriam estar comprimindo a junta de vedação, que seriam regiões de falhas. Na análise dinâmica da bomba do compressor, é calculada a matriz de rigidez total do sistema com as molas de suspensão, levando em consideração a rigidez compressiva, de flexão e cisalhante das molas. Com a solução do modelo dinâmico criado, calcula-se a matriz dinâmica, a matriz modal normalizada, a matriz de frequências características, o deslocamento <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; da bomba e também as energias cinética e potencial da bomba devido às forças de agitação. O modelo de elementos finitos da junta da placa de válvulas tem resultados coerentes e o modelo dinâmico da bomba fornece vários resultados para a análise de vibração de compressores. / This thesis has as objective to model a subset of parts of an idealized hermetic compressor for refrigeration using a program of finite elements intended to study the contact pressure on the valve plate gasket with and without pressure from the refrigerant gas. In this research a dynamic modelling of an academic compressor pump is also made with the aim of studying the vibration generated during its functioning. In the study of the sealing gasket, a geometric model of the cylinder head and gasket assembly is made by using a CAD program. From the geometric of the subset a physical model is built on the ANSYS®, which takes into account the different properties of the cylinder head and gasket assembly materials, including the non-linearity of the gasket material. Simulations are made by applying different normal force values on the cylinder head screws. In the compressor vibration study, a CAD pump model is made, thus obtaining its weight and inertia properties. The stiffness matrix of the pump suspension system is calculated and a modal analysis of the pump is made. The results from the contact pressure analyses were shown through \"normal closure\" and \"normal pressure\" charts of the gasket. They show in clear form the low contact pressure regions applied by the parts that are or should be compressing the sealing gasket, which would the regions of failures. In the dynamic analysis of the compressor pump, the total stiffness matrix of the system is calculated with the suspension springs, taking into account the compressive, flexural and shearing rigidities of the springs. With the solution of the dynamic model created, the following are calculated: the dynamic matrix, the normalized modal matrix, the characteristics frequency matrix, the <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; displacement from the pump, as well as the kinetic and potential energy of the pump due to shaking forces. The finite elements model of the valve plate gasket has coherent results and the dynamic model of the pump provides various results for the analysis of the compressor vibration.

Essa dissertação desenvolve e faz uso de uma técnica de medição com objetivo de obter dados experimentais envolvidos no ciclo de trabalho dos compressores herméticos alternativos, largamente utilizados nos sistemas de refrigeração. O trabalho mostra o comportamento das válvulas de admissão e descarga durante o funcionamento do compressor, as pressões no cilindro, na sucção, na descarga e também a variação de rotação do eixo durante um ciclo de compressão completo. Todas as características mensuradas estão referenciadas à posição angular do eixo do compressor, o que permitiu monitorar todos os eventos em função do seu deslocamento angular. Para o desenvolvimento desse trabalho foi necessário planejar um sistema de medição robusto, não vulnerável aos fatores ambientais, presentes dentro da carcaça do compressor. A limitação do espaço físico foi um fator de grande importância na escolha dos sensores, assim como a velocidade de resposta dos instrumentos, pois um ciclo de compressão tem período menor que 0,020 segundos. A coleta dos dados e a análise dos sinais foram realizadas com o auxilio de hardware apropriado e software especialmente desenvolvido. / In this dissertation it is developed and applied measurement methods to obtain experimental data of a hermetic compressor work cycle, widely used in the refrigeration systems. This work shows the suction and discharge valve behaviors, the pressure in the cylinder, as well as in the discharge and suction chambers, and also crankshaft rotation variation during a complete compression cycle. All the measurements are reference to crankshaft angular position of compressor which allows to verify the events as a function of the crankshaft angular displacement. For the development of this work it was necessary to plan a reliability measure system, not affected by environmental factors inside the housing of compressor. The inner space limitation was an important feature for choosing the sensors as well as their time response, since the period compression cycle is less than 0.020 seconds. The data acquisition and signal analysis were done with appropriate hardware and it was developed a specific software.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eric Nery Chaves.pdf: 1402393 bytes, checksum: eb28c97ecabfcf07a31c7bf35ab01e85 (MD5) Previous issue date: 2010-06-17 / This work presents the application of control techniques to drive single-phase induction motors with the aim of improving the performance of cooling systems. The control system is based on Fuzzy Logic and is applied to a three-phase PWM inverter adapted to drive singlephase motors with volts per hertz technique. The main feature of the work is to control the temperature of the cooling system driven by a hermetic compressor using variable speed. A commercial milk cooling system is used to obtain the results. / O presente trabalho demonstra os efeitos da aplicação de técnicas de controle em acionamento de motores de indução monofásicos, visando à melhoria do desempenho e eficiência energética, no local onde esses motores são aplicados. O trabalho em questão trata de um sistema que engloba um controlador de temperatura baseado em Lógica Fuzzy ou Nebulosa e um conversor de frequência trifásico, chaveado no modo PWM (modulação por largura de pulsos na sigla em inglês) senoidal, com controle escalar do tipo V/f (tensão proporcional à frequência) e adaptado para utilização em motores de indução monofásicos. O objetivo geral deste trabalho é o projeto e implementação de um sistema de controle de temperatura Fuzzy, com acionamento do compressor hermético em regime de velocidade variável. Também chamado de VCC (compressor de capacidade variável na sigla em inglês) - pois a capacidade é diretamente proporcional à velocidade - a estratégia de controle, a partir do acionamento do motor monofásico em regime de velocidade variável, será aplicada a um sistema de refrigeração que simula um tanque de resfriamento de leite e atenderá às Instruções Normativas nº 51 e nº 53, do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento.