Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T00:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261778.pdf: 7243609 bytes, checksum: c512e693155d14f84edc661bdd901e47 (MD5) / Compressores de refrigeração são máquinas térmicas extremamente influenciadas pelo campo de temperatura de seus componentes. Em função disto, a análise criteriosa dos processos de transferência de calor no interior de um compressor pode viabilizar aumentos consideráveis de seu desempenho, principalmente da redução das ineficiências causadas pelo superaquecimento do fluido refrigerante. O presente trabalho considera o gerenciamento térmico de um compressor de refrigeração, através do desenvolvimento de modelos para a simulação e análise do seu ciclo de operação. Um desses modelos, denominado Metodologia Híbrida de Simulação Térmica, permite a solução do perfil térmico do compressor através da combinação de dados experimentais, de modelos termodinâmicos e de capacitância global para o cálculo da transferência de calor por difusão entre os componentes sólidos pelo método de volumes finitos. Além disso, um novo procedimento de simulação térmica desenvolvido, denominado de Metodologia de Fluxo Médio, resolve, via volumes finitos, o escoamento de gás refrigerante e a difusão de calor nos componentes sólidos do compressor. As duas metodologias foram avaliadas por meio da comparação com dados experimentais, permitindo identificar a Metodologia Híbrida como a mais apropriada para a análise térmica do compressor. Tal metodologia foi empregada para a análise de algumas propostas de alternativas para a melhoria do desempenho térmico do compressor sob análise. Os efeitos fenômenos físicos decorrentes da utilização destas alternativas foram analisados a partir do detalhamento de ineficiências do ciclo de compressão. Dos resultados obtidos para o caso analisado, pôde-se observar que a parcela de calor rejeitada pelos mancais tem grande importância sobre o superaquecimento do gás na linha de sucção. Além disto, pôde-se mostrar a viabilidade de uma redução significativa do perfil térmico do compressor através da atomização de líquido refrigerante no interior da câmara de compressão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:18:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252134.pdf: 3282183 bytes, checksum: fe9095937aceb85b5f54a844a67ba721 (MD5) / Compressores lineares utilizam um atuador linear para acionar o pistão diretamente em seu movimento alternativo, eliminando vários mancais que convertem o movimento rotativo em alternativo nos compressores convencionais. Adicionalmente, a presença de cargas laterais é minimizada porque a força de compressão que atua no mecanismo está alinhada com o eixo de movimentação. Como a única superfície de deslizamento é a interface pistão cilindro, é possível utilizar o próprio refrigerante como fluido lubrificante. A separação entre o pistão e o cilindro é garantida pelo desvio de uma pequena quantidade de refrigerante a alta pressão da câmara de descarga para a folga entre o pistão e o cilindro. A vazão mássica desviada deve ser otimizada para garantir que não haja contato entre o pistão e o cilindro sem que o desempenho global do compressor seja penalizado. Um modelo matemático foi desenvolvido para analisar a dinâmica de um mancal a gás com canais de compensação. Ele inclui os efeitos da geometria pistão-cilindro, posição dos orifícios de insuflamento de refrigerante e condições de operação. Um código computacional foi desenvolvido de forma a obter a trajetória do pistão e avaliar sua estabilidade. Um compressor linear operando com R134a foi analisado e os resultados mostram que o pistão é bastante estável e que a vazão mássica perdida e a perda por fricção são muito pequenas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:37:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 235625.pdf: 5995392 bytes, checksum: e09c293bc0c8f1b4b31a1f1d7077dac5 (MD5) / O presente trabalho investigou a influência da rotação do compressor, da abertura do dispositivo de expansão e da carga de refrigerante sobre o desempenho de um sistema de refrigeração, visando à caracterização de regiões de operação de máximo coeficiente de performance. Para tanto, desenvolveu-se um aparato experimental constituído por um compressor de rotação variável (CRV), uma válvula de expansão eletrônica (EEV) tipo PWM (Pulse Width Modulation) e uma célula de carga de refrigerante.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:05:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335897.pdf: 16622030 bytes, checksum: 19f1d711e176fed290f9e653d9293344 (MD5) Previous issue date: 2015 / Na modelagem da dinâmica de estruturas, um modelo mecânico-matemático é construído com a finalidade de determinar o comportamento de estruturas reais. Nesse processo, duas fontes de incertezas podem ser destacadas: as limitações dos processos de manufatura que, por mais complexos e modernos, não podem eliminar as variabilidades de produção e a incapacidade de representar matematicamente processos físicos complexos de maneira exata. Esta dissertação tem como principal objetivo a determinação numérica do comportamento dinâmico de um tubo de descarga acoplado à carcaça de um compressor hermético considerando as incertezas do modelo. Inicialmente, é construído um modelo linear determinístico para cada componente estrutural e, a partir desse modelo médio, desenvolve-se um modelo probabilístico não paramétrico. Essa abordagem estocástica, bastante recente, encontra-se amparada no Princípio de Máxima Entropia, levando em conta as restrições físicas de um sistema dinâmico como vínculos em um problema de otimização. Em uma primeira análise, a resposta dinâmica de cada componente é avaliada separadamente, enquanto a dispersão do modelo de cada estrutura, controlada por três parâmetros, é determinada utilizando resultados experimentais. Por fim, a determinação do comportamento dinâmico do tubo de descarga acoplado à carcaça é calculada através de um método de síntese modal de componentes. Essa metodologia permite acessar a resposta robusta do sistema quando as incertezas não estão distribuídas de maneira homogênea no modelo. Os resultados mostram que a determinação da velocidade quadrática média na superfície da carcaça do compressor, quando excitada através de uma extremidade do tubo de descarga, é bastante sensível às incertezas no modelo numérico do tubo. Esse resultado sugere que a construção de modelos mais representativos para o tubo de descarga é parte fundamental para a obtenção de modelos mais fiéis às respostas reais do sistema. Além disso, a aplicação da abordagem probabilística não paramétrica juntamente com o método de síntese modal de componentes mostrou-se uma ferramenta interessante para o projeto de novos tubos de descarga, uma vez que tal metodologia é capaz de considerar as variabilidades do processo de manufatura e, de maneira conjunta, as limitações do modelo numérico utilizado.<br> / Abstract : During structural modeling process, a mathematical-mechanical model is constructed to determine the dynamical behavior of physical structures. In this process, two sources of uncertainties should be highlighted: the limitations of the manufacturing processes, even complex and modern ones, which cannot eliminate production variabilities, and the incapability to represent, mathematically, complex physical processes accurately. The main purpose of this master thesis is to evaluate the dynamical behavior of a discharge pipe coupled with an hermetic compressor shell considering the uncertainties of the numerical model. Firstly, a linear deterministic model is constructed for each compressor's component and, from this mean model, a nonparametric probabilistic model is implemented. This recent stochastic approach is derived from the maximum entropy principle, which considers the physical properties of the dynamical system as constraints in an optimization problem. In a first analysis, the dynamical responses from the compressor components are individually analyzed, while the dispersion of each numerical model, controlled by three parameters, are fitted by using experimental results. Finally, the dynamical responses of the discharge pipe coupled with the compressor's shell are calculated according to a component mode synthesis method, which is able to represent nonhomogeneous uncertainties in the numerical model. The obtained result shows that the averaged square velocity on the housing surface, due to an excitation on the discharge pipe, is very sensitive with respect to the tube model uncertainties. This result suggests that a more representative discharge pipe model is very important to achieve a better model for the coupled system. Moreover, the nonparametric probabilistic approach, together with the component mode synthesis method, seems to be an interesting tool to design new discharge pipes considering the limitations of the numerical model as well as the variability of the manufacturing processes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:36:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327309.pdf: 3212157 bytes, checksum: be2646e2ddaa2ed344e11035ab1ef46f (MD5) Previous issue date: 2013 / O princípio do funcionamento do compressor scroll é baseado na compressão contínua do fluido através do movimento orbital de uma espira contra uma segunda espira fixa. Estes compressores são amplamente utilizados em sistemas de ar condicionado, sendo os principais geradores de ruído. Observa-se a partir da literatura que as principais fontes de ruído e vibração são os impactos entre partes móveis, as forças geradas pelo campo eletromagnético do motor elétrico e as forças resultantes da compressão do gás. Neste trabalho são desenvolvidos modelos numéricos para quantificar a contribuição destas forças no ruído radiado. Um modelo de multicorpos é desenvolvido para o balanceamento do compressor e obtenção das forças nos contatos entre componentes provenientes das forças de inércia. Um modelo eletromagnético é desenvolvido para o cálculo das forças atuantes nos dentes do estator e, por fim, um modelo vibroacústico é desenvolvido considerando como excitação as forças provenientes do modelo de multicorpos, do campo eletromagnético e da compressão do gás. Os resultados de potência sonora foram comparados com os obtidos experimentalmente.<br> / Abstract : The principle of operation of the scroll compressor is based on the continuous compression of the fluid through the orbital motion of one coil against a second fixed coil. These compressors are widely used in air conditioning systems, being the main noise generators. It is observed, from the literature, that the main sources of noise and vibration are the impacts between the moving parts, the forces generated by the electromagnetic field of the electric motor and the resulting forces from the gas compression. In this dissertation, numerical models are developed to quantify the contribution of these forces on the radiated noise. A multi-body model was developed for the balancing of the compressor and to obtain the contact forces between components due to the inertia forces. An electromagnetic model are developed to calculate the forces acting on the stator teeth and, finally, a vibroacoustic model are developed considering, as sources of excitation, the forces from the multi-body model, the electromagnetic field and the compression of the gas. The results of sound power were then compared with those obtained experimentally.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:14:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329788.pdf: 9799121 bytes, checksum: 2824407a4410e23af13f8b1cf2818a36 (MD5) Previous issue date: 2014 / O conhecimento de propriedades elétricas de misturas de fluidos é necessário quando se deseja projetar sistemas em que tais misturas entram em contato direto com componentes portadores de carga elétrica. Este é o caso, por exemplo, dos compressores herméticos de refrigeração, nos quais a mistura óleo-refrigerante no interior da carcaça escoa continuamente sobre o motor elétrico. Propriedades elétricas de misturas também são importantes no projeto de sistemas de detecção de fases em escoamentos multifásicos, como sensores de impedância ou capacitivos para a determinação da fração de vazio em escoamentos bifásicos em dutos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um aparato experimental e um procedimento de medição que permita caracterizar propriedades elétricas (permissividade relativa e fator de dissipação) de misturas de óleos e substâncias voláteis sob condições variadas de pressão e temperatura. A bancada experimental, baseada em normas alemã e americanas foi validada a partir de dados experimentais de substâncias puras disponíveis na literatura. Resultados foram gerados para misturas de óleo lubrificante poliol éster (POE) ISO 10 e refrigerantes 134a e 1234yf sob condições controladas de temperatura (25 a 55 ºC) e solubilidade (0 a 100 %). Correlações empíricas foram utilizadas para a predição da permissividade relativa das misturas, com desvios RMS em relação aos resultados experimentais inferiores a 1 %.<br> / Abstract : Electrical properties of fluid mixtures are needed in the design of systems in which the process streams or working fluids come into direct contact with electrically live parts. This is the case, for instance, of hermetic refrigeration compressors, in which the refrigerant-lubricating oil mixture inside the crankcase wets the electric motor continuously. Electrical properties of fluid mixtures are also important in the design of phase fraction detectors, like impedance and capacitance void fraction sensors for two-phase flow in pipes. The purpose of this dissertation is to develop an experimental apparatus and an experimental procedure to measure electrical properties (dissipation factor and relative permittivity) of mixtures involving volatile substances (liquefied gases and refrigerants) and oils under different pressure and temperature conditions. The experimental apparatus was designed and built following the recommendations of the german and american standards for measurements of electrical properties of fluids. The procedure was verified against data for pure substances available in the open literature. Experimental results were generated for mixtures of polyol ester (POE) ISO 10 lubricating oil and refrigerants 134a and 1234yf for temperatures and solubilities ranging from 25 to 55 °C and 0 to 100 %. Empirical correlations were used to predict the relative permittivity of the mixtures, with RMS deviations with respect to the experimental data lower than 1 %.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:01:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014Bitstream added on 2015-10-06T04:03:55Z : No. of bitstreams: 1 334703.pdf: 2874133 bytes, checksum: 0b08502c0a72865238e89e6bbfde41d7 (MD5) / A eficiência energética de compressores de refrigeração é uma das variáveis mais importantes medidas durante as fases de desenvolvimento de novos produtos e de acompanhamento da qualidade dos compressores produzidos. Essa medição é realizada segundo requisitos de normas internacionais e a análise baseia-se em duas variáveis: capacidade de refrigeração e consumo de energia elétrica. Os ensaios para determinar essas grandezas são realizados em bancadas que custam centenas de milhares de reais e que apresentam grande ocupação na indústria. De modo a garantir a confiabilidade das medições, são necessários padrões metrológicos para verificação de todas as grandezas medidas durante o ensaio. Para consumo de energia há disponíveis no mercado inúmeros padrões e equipamentos para esse propósito. Entretanto, não há um padrão para capacidade de refrigeração que permita criar rastreabilidade no processo de medição. A melhor solução encontrada até o momento na indústria é utilizar um compressor como referência para análise comparativa entre os painéis. Na literatura foi encontrada uma proposta alternativa, porém não completamente adequada para aplicação no cenário industrial. O objetivo do trabalho é desenvolver, com base na solução anterior e na apresentada na literatura, e aplicar na indústria um novo método de intercomparação de capacidade de refrigeração e das demais grandezas medidas durante o ensaio que mais influenciam no resultado de capacidade de refrigeração. Esse novo sistema busca eliminar importantes limitações do método tradicional, como perda da referência com a quebra do compressor padrão e alteração do valor medido com o desgaste do compressor padrão. Além disso, visa contornar algumas dificuldades da proposta da literatura, como dificuldade de integração com uma grande gama de bancadas de ensaio com diferentes topologias. Ao longo do trabalho são mostrados resultados experimentais da nova proposta aplicada na indústria que ilustram os ganhos obtidos com o novo método.<br> / Abstract : Energy efficiency ratio (EER) of refrigeration compressors is one of the most important variables measured in the development phase of new products and also in the production phase, in order to guarantee the quality. EER calculation, performed according to ISO917, is done by the measurement of cooling capacity and electrical power consumption. In order to assure metrological reliability, all the measuring devices used for EER calculation must be calibrated against standards. For power consumption there are several standards available on the market, but there is not a standard for cooling capacity in order to guarantee the measurement process traceability. The best practice to minimize the inexistence of a standard is to use a reference compressor to compare the measurements between different test rigs. A proposal to an intercomparison method can be found in the literature, but it is not completely suitable for industrial application. This study aims to develop, based on the current solution and the solution proposed in the literature, and apply in industry a novel method for cooling capacity intercomparison between test rigs, with evaluation of cooling capacity and other variables measured during the test that impact on cooling capacity measurement. The new standard eliminates issues from the traditional method, as lose of reference due to damage of the compressor or measurement results variation due to wear of mechanical components of the compressor. Additionally, the new proposal eliminates the difficult to apply the standard on test rigs with different topologies. Experimental results from the proposed standard applied to industrial test rigs are presented and they prove the benefits of the new method.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:14:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 109367.pdf: 8340767 bytes, checksum: 9e56279664fbc8c49ce33401d63fe342 (MD5) Previous issue date: 1996 / Apresenta-se uma metodologia numérica, bem como testes e resultados obtidos na simulação do escoamento laminar e da transferência de calor no interior do cilindro de um compressor alternativo. O modelo resolve as equações da conservação da massa, da quantidade de movimento e da energia em um domínio bidimensional axissimétrico que contrai e expande acompanhando a variação de volume causada pelo movimento alternativo do pistão. As equações diferenciais governantes do problema de mecânica dos fluidos e de transferência de calor são discrezadas pelo método dos volumes finitos, fornecendo os campos de velocidade, pressão e temperatura no interior do cilindro. O desenvolvimento do modelo inicia-se com a análise sobre um cilindro adiabático sem entrada ou saida de massa pelas fronteiras do dominio, onde realiza-se comparações com um modelo termodinâmico. Estende-se tal análise prescrevendo temperatura nas superficies sólidas do modelo, analisando então a transferência de calor entre o gás e as paredes. Destaque é dado à diferença de fase encontrada entre o fluxo de calor e a diferença de temperatura entre o gás e as paredes. Explora-se neste trabalho expressões que permitam correlacionar o fluxo de calor com a diferença de temperatura, apresentando comparações entre o modelo numérico utilizado neste trabalho, modelo termodinâmico, e correlações empíricas freqüentemente utilizadas na modelação de compressores alternativos. Aproxima-se o modelo em questão com a realidade dos compressores, ao considerar-se a entrada e saída de massa no cilindro, promovida através de orificio e válvula centrados na tampa do cilindro.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314949.pdf: 19816879 bytes, checksum: 3e5b9d682a8758eb4b2a6e7f10f0023c (MD5) / Uma das maiores ineficiências termodinâmicas de compressores de refrigeração doméstica é associada à transferência de calor que ocorre à medida que o fluido refrigerante escoa pelo sistema de sucção e entra na câmara de compressão. O principal efeito deste processo, usualmente denominado superaquecimento, é a diminuição da eficiência volumétrica, devido à redução da densidade do gás, e da eficiência isentrópica, uma vez que o trabalho específico de compressão aumenta com a temperatura inicial de compressão. Para uma análise adequada do superaquecimento e de propostas para reduzir os seus efeitos negativos, deve-se ter meios de avaliar a distribuição de temperatura do compressor em diferentes alternativas de projeto. Contudo, as temperaturas nos componentes do compressor são afetadas por diversos fenômenos que interagem entre si, tornando a simulação do campo de temperatura particularmente difícil. O presente trabalho considera o desenvolvimento de um modelo para a simulação térmica de compressores alternativos de refrigeração, formado pela combinação de uma formulação integral para a convecção de calor em regiões de escoamento de gás e óleo lubrificante e uma formulação diferencial tridimensional para a condução de calor em componentes sólidos. Os coeficientes de transferência convectiva de calor são avaliados de correlações da literatura a fim de evitar a necessidade de medições para fins de calibração. Em função da presença de geometrias complexas de escoamento, para as quais não existem correlações disponíveis, procedeu-se uma análise de sensibilidade via DoE a fim de identificar aqueles coeficientes que necessitam maior atenção. O modelo foi aplicado na simulação térmica de um compressor alternativo em três condições de operação e as previsões de distribuição de temperatura e transferência de calor se mostraram em boa concordância com dados experimentais.<br> / Abstract : One of the main sources of thermodynamic inefficiency in compressors is associated with heat transfer that takes place as the gas flows throughout the suction system and enters the compression chamber. This process is usually referred to as superheating and its main effect is the decrease of both the volumetric efficiency, due to the reduction of the gas density, and the isentropic efficiency, since the specific work of compression becomes greater as the gas temperature is increased. For a suitable analysis of gas superheating and proposals to reduce its negative effects, one must be able to verify the compressor temperature distribution according to different design alternatives. However, the temperature of each one of the compressor components is affected by several phenomena that act simultaneously, making the temperature distribution particularly difficult to predict. This work presents a simulation model for thermal analysis of reciprocating compressors formed by combining a lumped formulation for heat convection in fluid flow regions and a three-dimensional differential formulation for heat conduction in the solid components. Convective heat transfer coefficients were evaluated from correlations available in the literature so as to avoid calibration based on experimental data. Because some complex flow geometries in the solution domain have no correlation available, a sensitivity analysis was carried out via DoE to identify those coefficients that require more attention. The model was applied to a reciprocating compressor under three operating conditions and predictions for temperature distribution and heat transfer were seen to be in good agreement with measurements.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:11:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322456.pdf: 4281919 bytes, checksum: 85496afed2e1f3001b8870448acd13a3 (MD5) Previous issue date: 2013 / Dentre as diversas grandezas que contribuem para redução da eficiência dos compressores herméticos para refrigeração, as forças de atrito possuem destaque por, adicionalmente, influenciarem no tempo de vida do equipamento. Porém, mesmo com esse nível de importância, existe grande escassez de referências na literatura. Além disso, não existem até o presente momento, métodos para obtenção, de maneira direta, das forças de atrito do conjunto formado por pistão e cilindro. Os ensaios de perdas por atrito em compressores são de grande importância para avaliar o desempenho do mesmo frente a mudanças de materiais e de condições de operação. Este trabalho apresenta um estudo das fontes de atrito presentes em um compressor hermético alternativo, através do qual foram identificadas as grandezas que mais influenciam nas perdas por atrito: temperatura de interface; condições do ambiente; frequência de operação. O estudo culmina na proposição de uma concepção de bancada automatizada para medição de perdas por atrito e de um novo método para medição da força de atrito no par formado por pistão e cilindro. Para cumprir o objetivo, foi definido um compressor alvo e, a partir dele, foram estabelecidas condições de contorno. Com elas, foi possível a identificação de meios e métodos de medição compatíveis, exceto para a grandeza força de atrito. Constatada a inexistência de um transdutor que possibilite medir a força de atrito no conjunto pistão e cilindro, foi proposto um método que utiliza uma biela instrumentada com extensômetros metálicos. Através de um procedimento proposto, caracterizado por uma sequência de passos, acredita-se que seja possível a medição direta da força de atrito entre pistão e cilindro de um compressor.