Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:03:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245442.pdf: 1848533 bytes, checksum: f6bdf9b22b2d4ee8e7fad838e3d07975 (MD5) / Neste trabalho, é apresentada uma análise teórica e experimental da influência da atomização de óleo lubrificante na câmara de compressão de compressores alternativos de refrigeração. A atomização de óleo no cilindro proporciona uma remoção de calor do refrigerante durante o processo de compressão e um abaixamento da temperatura dos componentes do compressor. O principal objetivo deste resfriamento é a redução das perdas de energia ocasionadas por ineficiências do processo de compressão e por superaquecimento do refrigerante durante a sucção, as quais somam grande parte das perdas totais de energia de um compressor. Um compressor protótipo foi construído e instrumentado a fim de testar a atomização de óleo na câmara de compressão. Os testes foram realizados com fluido refrigerante R-134a em uma bancada experimental especialmente adaptada para receber o compressor protótipo. Para complementar as análises experimentais, um modelo termodinâmico para o processo de compressão do fluido refrigerante com atomização de óleo foi desenvolvido usando uma formulação integral dos princípios de conservação de massa e de energia. Neste modelo, é assumido que o fluido refrigerante e o óleo lubrificante coexistem separadamente no interior do cilindro com diferentes temperaturas. Simulações com um programa de Computação Fluidodinâmica (CFD) foram realizadas para complementar a análise integral. Os efeitos da atomização de óleo no desempenho do compressor são apresentados e discutidos em função de parâmetros como o tipo de óleo (mineral ou sintético) e condições de injeção (temperatura, posição do injetor, vazão de óleo). O comportamento da pressão do refrigerante em função do volume da câmara de compressão foi determinado experimentalmente para situações sem e com atomização de óleo. Foram constatadas reduções significativas nas temperaturas de vários pontos do compressor para os dois tipos de óleo. Entretanto, a solubilidade do refrigerante no óleo se mostrou bastante influente sobre parâmetros globais, como a capacidade de refrigeração, a eficiência de compressão e o coeficiente de performance. Para o óleo mineral, que apresenta menor solubilidade com o fluido refrigerante, foi observado um pequeno ganho em capacidade de refrigeração e eficiência de compressão em uma dada condição de operação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:13:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 242486.pdf: 6256699 bytes, checksum: 2914fceea039386d90aede5de1bf2b42 (MD5) / A competitividade acirrada no mercado de compressores tem sido responsável pela expressiva injeção de recursos em pesquisa e desenvolvimento. Significativa parcela desses recursos é destinada a atividades experimentais, aí incluídas as bancadas de ensaio de compressores. Em alguns dos ensaios realizados é preciso ter a certeza de que a máquina assíncrona, associada ao compressor hermético, não irá exceder certos limites de temperatura em funcionamento sob determinadas condições. Para tanto, é preciso conhecer bem o valor da temperatura do enrolamento do motor de indução e isso deve ser feito com ele alimentado. A temperatura é medida indiretamente através da observação da variação da resistência do enrolamento entre o momento da medição e de uma condição conhecida de temperatura. Para atender as exigências dos ensaios, o valor deve ser obtido com baixa incerteza, concomitante à obtenção dos demais parâmetros investigados convencionalmente nos ensaios. A inexistência de uma solução satisfatória disponível no mercado motivou a execução desta dissertação. Foram pesquisadas estratégias para obtenção da resistência de enrolamento em máquinas alimentadas. Optou-se pelo método da superposição de correntes alternada e contínua. Foi elaborado um protótipo com característica adicional de operar independente da bancada de ensaios. Análises experimentais foram realizadas para verificar o desempenho do sistema desenvolvido, incluindo avaliação do comportamento metrológico. Como resultado, obteve-se um sistema de medição que permite medir a resistência ôhmica dos enrolamentos de todas as classes de compressores herméticos baseados em motores monofásicos de indução.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:27:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255352.pdf: 5033761 bytes, checksum: 0290e50acc49af57bed88b7afe7ce1f8 (MD5) / Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação dos esforços dinâmicos transmitidos do conjunto eixo-rotor flexível ao bloco de compressores herméticos. Os modos próprios de deformação do conjunto eixo-rotor são determinados pelo método dos elementos finitos e os resultados validados experimentalmente. Os mancais são representados por filmes de óleo lubrificante que promovem o contato deste conjunto com o bloco do compressor. A representação dinâmica dos mancais é feita de duas formas. A primeira considera as propriedades de rigidez e de amortecimento equivalentes, expressas através de equações simplificadas representativas da dinâmica do filme de óleo, sendo uma contribuição inovadora e passível de utilização na verificação da influência de parâmetros físicos do filme de óleo na dinâmica da estrutura e nos esforços transmitidos do eixo ao bloco. O segundo modelo representa o comportamento hidrodinâmico dos mancais através da solução da Equação de Reynolds, obtida também pelo método dos elementos finitos. O modelo numérico dos mancais foi desenvolvido em linguagem de programação C e o modelo do conjunto eixo-rotor desenvolvido num software comercial usando o método da superposição modal com o objetivo de reduzir o tempo de processamento computacional. A solução dos modelos acoplados foi realizada no domínio do tempo. Os resultados indicam influência significativa do modelo dos mancais nas órbitas do eixo, mas estes exercem pequena influência nos espectros dos esforços transmitidos ao bloco. Considerando a flexibilidade, particularmente nas freqüências de ressonância do conjunto eixo-rotor, existe grande influência nos espectros dos esforços transmitidos ao bloco bem como em algumas órbitas. Instabilidades numéricas foram observadas na solução dos modelos acoplados atribuídas à discretização da solução no domínio do tempo e à precisão dos valores de resposta do conjunto eixo-rotor, fornecidos pelo software comercial.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:17:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249540.pdf: 3030430 bytes, checksum: 34d94927d79af29cc646e0b294e0c28d (MD5) / Os absorvedores tipo membrana são absorvedores acústicos compostos de uma cavidade, cujo interior é parcialmente preenchido com material poroso, e por uma membrana flexível (no topo da cavidade) que vibra sob a ação de uma onda acústica. As perdas estruturais da membrana e as perdas proporcionadas pelo material poroso criam um sistema ressonante capaz de absorver a energia acústica de uma onda sonora em banda satisfatoriamente larga. Além de proporcionarem uma boa atenuação do ruído gerado por compressores, os absorvedores de membrana oferecem proteção ao material poroso contra os efeitos danosos do óleo lubrificante presente na cavidade do mesmo. Para se entender as características de atenuação sonora de absorvedores de membrana pesquisa foi realizada usando procedimentos experimentais e modelos computacionais. Utilizando um modelo analítico foi possível explorar como os parâmetros principais afetam a resposta do absorvedor de membrana. Um modelo computacional do absorvedor tipo membrana foi desenvolvido para a análise da interação entre fluido e estrutura. Simulou-se também a aplicação do absorvedor de membrana no interior de tubos e mufflers e o efeito resultante nas funções de transferência dos mesmos, bem como a redução que é capaz de introduzir na pressão sonora média quando o absorvedor de membrana é inserido em uma cavidade. Em todas as etapas do trabalho os resultados obtidos com os modelos computacionais foram comparados com dados experimentais obtidos no laboratório. Finalmente, uma análise crítica dos resultados pôde ser feita. Conclui-se que é possível obter boa atenuação do ruído aplicando-se os absorvedores de membrana em tubos, mufflers e cavidades, e que, apesar das limitações presentes nas simulações e das dificuldades e incertezas das medições experimentais, os modelos computacionais se mostram uma ferramenta importante e eficiente de análise. Membrane absorbers are acoustic absorbers consisting of a cavity partially filled with porous material, and a flexible membrane (at the top of the cavity) which vibrates in response to an incident sound wave. Membrane structural losses and the losses provided by the porous material create a resonant system able to absorb acoustic energy in a satisfactory wide band. Besides providing good compressor noise attenuation, membrane absorbers offer protection to the porous material against the damaging effects of lubricating oil inside a compressor cavity. In order to further understand the sound attenuation characteristics of membrane absorbers research was undertaken with experimental methods and computer-based models. Using an analytical model it was possible to explore how the main parameters affect the acoustic response of membrane absorbers. A computer model of the membrane absorber was then created which took into account the fluid-structure interaction between the membrane and the cavity of the absorber. A further simulation modelled the application of membrane absorbers to the interior of tubes and mufflers and the resultant effect on their transfer functions. The reduction of interior spatial averaged sound pressure was also investigated for membrane absorbers applied inside a cavity. Through all phases of this research results obtained through computer simulations were compared with experimental data obtained on the laboratory. Finally, the results have been subjected to a critical review. It was concluded that good noise reduction may be achieved through membrane absorber application in tubes, mufflers and cavities, and that, despite the limitation of the simulations and of difficulties and uncertainties in the measurements, the computer models were shown to be an important and effective analysis tool.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:54:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258290.pdf: 1249033 bytes, checksum: 435d0398e9c8583f051f4129fc5de353 (MD5) / Dentre as diversas grandezas importantes para caracterização operacional de compressores de refrigeração, freqüência rotacional possui destaque em diferentes ensaios de compressores. Atualmente, para compressores herméticos, é usual instrumentar-se internamente o compressor para a realização da medição de freqüência rotacional, o que demanda tempo e custos indesejáveis. O presente trabalho objetiva propor, desenvolver e avaliar soluções para viabilizar a medição indireta e não-invasiva da freqüência rotacional para uso em bancadas automatizadas de ensaios de compressores. Ressalta-se que não existe no mercado um instrumento adequado para a realização da medição de tal grandeza, o que fornece ao sistema desenvolvido o caráter de inovação tecnológica. Duas frentes de trabalho realizadas para se obter os métodos de medição propostos são descritas e analisadas: seleção das grandezas que compõem a função de medição e seleção das ferramentas matemáticas mais adequadas para tratamento da informação. Os métodos escolhidos foram implementados e analisados experimentalmente contra um compressor padrão instrumentado internamente. Dentre as diversas formas estudadas, a análise do sinal de pressão de descarga e do sinal de corrente de alimentação do compressor, tanto pela identificação da freqüência de escorregamento, quanto pela detecção de componentes de excentricidade, apresentaram excelentes resultados. Além de permitir a medição empregando informações de grandezas já normalmente medidas em ensaios - corrente e pressão - os métodos propostos suplantaram muito as exigências estabelecidas por normas técnicas para medição de freqüência rotacional em ensaios de compressores. Obteve-se um sistema de medição de freqüência rotacional versátil, rápido e de baixa incerteza.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:39:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:11:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 236831.pdf: 1801576 bytes, checksum: b6443a4e8fb4ab0a9dd20beb10717dc2 (MD5) / O ensaio de desempenho é um dos mais importantes meios de avaliação de um compressor, tanto no desenvolvimento, quanto no controle de qualidade. Os principais resultados obtidos nos ensaios são a capacidade de refrigeração, a potência consumida e o coeficiente de performance. Mesmo normatizados e largamente empregados tais ensaios atualmente geram resultados aquém do desejado. Os ensaios são demorados # é comum que ensaios levem mais de quatro horas # e apresentam incerteza de medição muito elevada frente aos desafios atuais do mercado globalizado de refrigeração. O resultado é que tais ensaios acabam não satisfazendo às necessidades dos setores de P&D e nem mesmo do controle de qualidade das empresas. Este trabalho é parte de um projeto de aprimoramento de uma bancada de ensaios visando reduzir a incerteza de medição. Uma das componentes que mais contribuem na composição da incerteza do ensaio são as grandezas elétricas. Em particular, este trabalho foca a medição de tais grandezas. São analisados vários sistemas de medição de potência disponíveis no mercado. A falta de uma solução pronta, adequada em termos de custos e de incertezas, levou ao desenvolvimento de um sistema próprio, específico para o caso. Dentre varias concepções analisadas, o emprego de shunts, divisores resistivos e aquisição e processamento de valores instantâneos automatizados mostrou-se a mais adequada. Um protótipo foi implementado. Análises teórica e experimental # através de calibrações e ensaios # foram feitas para avaliar metrologicamente a concepção adotada e o protótipo desenvolvido. O resultado foi o alcance de significativa redução na incerteza dos ensaios, mesmo empregando instrumentos mais baratos, o que demonstrou o pleno alcance dos objetivos propostos. Performance test is one of the most important activities for compressor evaluation in product development and quality control. Some relevant results of these tests are capacity of refrigeration, power consumption and coefficient of performance. Despite these tests have been run in conformance to standards worldwide, the results currently obtained are far from the state-of-art in metrology. Normally theses tests are very time consuming taking more than four hours to complete carrying high measurement uncertainties which do not satisfy the global refrigeration market. These results mostly do not satisfy the research and development neither the quality control processes in industry. This dissertation is part of a project to improve a compressor test bench aiming on reduction of measurement uncertainty. The electrical quantities are among the most contributing components in the measurement uncertainty of performance tests results. In particular, this dissertation focuses the measurement of such quantities. Some power measurement systems available in the market are analyzed. The non-availability of a market solution which was adequate in terms of costs and uncertainties led to the development of a specific measurement system. Among the analyzed conceptions, the use of current shunts, resistive voltage dividers and automated acquisition and processing of instantaneous values was revealed the most adequate. A prototype was implemented and analyzed theoretically and experimentally - through calibrations and tests # for metrological confirmation. A significant reduction in the uncertainty of compressors performance tests was reached even using low cost instruments. The obtained results fully agree with the stated objectives of this dissertation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-22T12:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Ensaios de desempenho de compressores herméticos são normatizados. A norma mais largamente empregada pelo setor industrial é a ISO 917. Ela estabelece que os ensaios sejam realizados com duração mínima de uma hora após o compressor ter alcançado as previstas condições de estabilidade. Para alcançar a estabilidade - regime permanente - é normal que exista um período anterior a ele, subdividido em transitório e acomodação das variáveis, com duração de três horas ou mais. O transitório é o tempo durante o qual as variáveis evoluem no sentido do regime permanente. A acomodação é o intervalo de tempo no qual as variáveis já estariam em regime permanente, mas pacotes de dados são perdidos por existirem oscilações que extrapolam os limites de tolerância impostos pela norma. As oscilações são resultado de perturbações e da ineficiência dos controles da bancada de ensaio. O objetivo do trabalho foi, a partir dos resultados de análise teórico-experimental, propor ações para reduzir o tempo de transitório e aumentar a estabilidade da bancada. Para cumprir o objetivo foram detectados os pontos críticos que contribuem para a demora da estabilização e dificultam a sua manutenção durante o regime permanente. Conhecidos os pontos críticos e definidas as soluções, foram efetuadas modificações e procedidos ensaios para obter o novo comportamento do sistema. Os resultados alcançados permitem reduzir de forma expressiva o tempo demandado por ensaios. O tempo que antecede o regime permanente foi reduzido para pouco mais de uma hora. A partir dos dados obtidos foram elaboradas recomendações para aprimoramento de bancadas e de procedimentos de ensaios.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335830.pdf: 19481508 bytes, checksum: fc4dd7e3096a94bb456d1f95c52c52aa (MD5) Previous issue date: 2015 / Frequência rotacional é importante grandeza para avaliação de compressores herméticos, seja em regime permanente, para análise de condições de ensaio, ou transitório, para determinação de parâmetros relacionados com partida e tombamento. É comum sua medição por meio de transdutores acoplados ao mecanismo biela-manivela, o que torna o ensaio destrutivo e demanda tempo de preparação. Em trabalhos anteriores, foi identificada a possibilidade de medir tal grandeza através de sinais externamente mensuráveis, como corrente, vibração e pressão de descarga, que analisaram somente condições de regime permanente, onde ferramentas de análise no domínio da frequência são adequadas, e maiores tempos de medição são aceitáveis. Em condições de regime transitório, como partida e tombamento, os valores de frequência rotacional devem ser obtidos em menores intervalos de tempo, para que o fenômeno de interesse seja adequadamente representado. Este trabalho analisa ferramentas de análise no domínio da frequência e tempo-frequência quanto à capacidade de medição da grandeza de interesse em condições de regime permanente e transitório, bem como ao tempo de aquisição e de processamento demandados. A análise de Fourier é revisitada, com enfoque em suas fontes de incertezas. Discorre-se sobre alternativas para reduzir sua influência, como ajustes de parâmetros de aquisição, janelamento e ferramentas de maior potencial que a FFT, como a transformada interpolada de Fourier, transformada Chirp-Z, STFT, transformada Wavelet analítica, a transformada de Hilbert e transformada de Hilbert-Huang. Os resultados obtidos atestam que tais ferramentas, aplicadas a sinais externamente mensuráveis, possibilitam a determinação da forma da variação da frequência rotacional no tempo, durante os regimes permanente e transitório; o que permite que sejam identificadas características associadas ao desempenho de compressores em ambos os regimes.<br> / Abstract : The rotational frequency of refrigeration compressors plays an important role in evaluation tests of these kinds of machines. It is useful for steady state identification in performance tests and unsteady state analysis in starting and stalling tests. In case of hermetic compressors, this quantity is usually measured by coupling transducers to the crank mechanism. This kind of measurement setup results in a destructive and time demanding test as the hermetic shell must be opened. As a consequence, this setup is mostly used during R&D activities and neglected as a quality control approach. In previous works, it was outlined some alternative ways to measure compressor rotational frequency through externally-measurable quantities, as supply current, shell vibration and discharge pressure. Nevertheless, only steady-state conditions were analyzed. In such conditions, longer measurement times are admissible and frequency domain techniques are well-suited. In unsteady state conditions, as starting and stalling evaluation, rotational frequency measurement shall be evaluated in shorter time intervals, in order to get a reliable representation of the quantity in concern. This thesis analyzes frequency and time-frequency domain techniques for the measurement of compressor rotational frequency during steady and unsteady state conditions. Issues related to acquisition and processing times are evaluated. Fourier analysis is introduced in a metrological perspective, focused on its uncertainty sources and on techniques to mitigate their effects, as acquisition parameters configuration, windowing and other signal processing techniques (Interpolated Fourier Transform, Chirp-Z Transform, Short Time Fourier Transform, Analytical Wavelet Transform, Hilbert and Hilbert-Huang Transforms). The results indicate that these techniques, when applied to externally-measurable signals, are able to describe compressor rotational frequency behavior over time, which allows the evaluation of performance related characteristics in both steady and unsteady state conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-09T03:18:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348527.pdf: 3865353 bytes, checksum: 77fc2d31241d8e7f9b050559c8cd9b4f (MD5) Previous issue date: 2017 / Compressores herméticos utilizados em sistemas de refrigeração possu-em em seu interior motores elétricos como subsistema responsável por transmitir movimento ao conjunto mecânico. O motor de indução monofásico com rotor gaiola de esquilo é o tipo de motor mais empregado em compressores destinados à refrigeração doméstica e comercial leve. Esse tipo de motor possui uma série de características que precisam ser controladas durante o processo produtivo para que sua qualidade seja assegurada. Uma dessas características é a folga radial entre estator e rotor, conhecida na literatura como entreferro. A característica entreferro é uma característica crítica do motor de indução, pois, esta impacta tanto no desempenho quanto na confiabilidade do compressor. Devido a isso, 100% da produção dos motores monofásicos passa por um controle do entreferro. O método de controle utilizado é um método atributivo que se utiliza de lâminas de folga, onde o operador circunda todo o perímetro da interface estator/rotor com essa lâmina, verificando assim se existe uma folga mínima em toda a região do entreferro. Porém, índices de qualidade internos e externos, apontam para uma baixa eficácia do método. Problemas de excentricidade do rotor são as principais causas de modos de falha relacionados ao entreferro. Como em grandes máquinas elétricas a excentricidade do rotor está relacionada principalmente com o desgaste de rolamentos e mancais do eixo ao longo da vida útil da máquina, isso motivou pesquisadores a desenvolverem métodos de de-tecção não invasivos da excentricidade do rotor para que pudessem ser utilizadas como técnicas de manutenção preditiva. A análise da assinatu-ra da corrente do motor (Motor Current Signature Analysis - MCSA) é uma dessas técnicas, onde o sinal de corrente elétrica do estator é adqui-rido e processado de maneira a extrair informação sobre a condição de excentricidade do rotor. Este trabalho estuda os métodos MCSA assim como algumas técnicas de processamento de sinal que são utilizadas em conjunto. Na parte de avaliação, apenas os métodos que se utilizam da transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform - FFT) são analisados experimentalmente, aplicando-se estes em dois motores de indução de pequeno porte. Os resultados obtidos atestam que tais méto-dos possibilitam a determinação da condição de excentricidade do rotor, permitindo a aplicação desses no controle de qualidade do entreferro. / Abstract : Hermetic compressors used in refrigeration systems have in their interior electric motors as subsystem responsible for transmitting motion to the mechanical kit. The single-phase induction motor with squirrel cage rotor is the type of motor most commonly used in compressors intended for domestic and commercial light refrigeration. This type of engine has a number of characteristics that need to be controlled during the production process in order to ensure its quality. One of these characteristics is the radial gap between stator and rotor, known in the literature as air-gap. The air-gap characteristic is a critical characteristic of the induction motor, since it impacts both the performance and the reliability of the compressor. Due to this, 100% of the production of the single-phase motors goes through a control of the air-gap. The control method used is an attributive method that uses slack blades, where the operator surrounds the entire perimeter of the stator/rotor interface with this blade, verifying if there is a minimum gap in the entire region of the air-gap. However, internal and external quality indices point to a low efficacy of the method. Rotor eccentricity problems are the main causes of air-gap related failure modes. As in large electrical machines rotor eccentricity is primarily related to the wear of bearings and shaft bearings over the life of the machine, this motivated researchers to develop non-invasive rotor eccentricity detection methods so that they could be used as predictive maintenance techniques. Motor Current Signature Analysis (MCSA) is one such technique where the stator electrical current signal is acquired and processed in order to extract information about the rotor eccentricity condition. This work studies the MCSA methods as well as some signal processing techniques that are used together. In the evaluation part, only the methods that are used of the Fast Fourier Transform (FFT) are analyzed experimentally, applying these in two small induction motors. The results obtained confirm that these methods permit the determination of the rotor eccentricity condition, allowing the application of these in the air-gap quality control.