Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 106533.pdf: 2456418 bytes, checksum: 9f6326b71083b480c4f6c302f4e56545 (MD5) Previous issue date: 1996 / Desenvolvimento de uma metodologia para a análise numérica do comportamento dinâmico de válvulas tipo palheta, utilizando um modelo de um grau de liberdade e resolvendo, de forma acoplada e pelo método dos volumes finitos, o escoamento laminar, compressível, adiabático e em regime transiente periódico em difusores radiais concêntricos. Teve-se como motivação o aprimoramento de modelos matemáticos que visam o conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos no funcionamento de compressores de refrigeração.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:39:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104402.pdf: 13360964 bytes, checksum: 113cc948d365d428ae37e9d63e47f3c5 (MD5) Previous issue date: 1996 / Simulação do movimento radial do pistão em um compressor alternativo de refrigeração. Esta simulação tem como objetivo promover economia de energia, diminuindo tanto a potência consumida por atrito viscoso quanto o vazamento de fluido refrigerante através da folga radial, além de reduzir o ruído do compressor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T09:20:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302119.pdf: 4004622 bytes, checksum: bf8996894da6398fe42c5c9624cf2149 (MD5) / Válvulas do tipo palheta são comumente utilizadas em compressores alternativos devido a sua simplicidade e baixo custo. A principal característica desse tipo de válvula é que seu movimento é governado pela diferença de pressão entre a câmara de compressão e as câmaras de sucção e descarga. Além da importância para as eficiências isentrópica e volumétrica do compressor, o projeto adequado dessas válvulas é também crucial para a confiabilidade do compressor, uma vez que válvulas estão sujeitas a tensões de flexão e impacto. Esta dissertação apresenta um procedimento de otimização da geometria de válvulas do tipo palheta que considera eficiência e confiabilidade. A fim de avaliar o desempenho de diferentes válvulas e seus níveis de tensão, um modelo de simulação de compressores é usado em conjunto com um modelo em elementos finitos para simular a dinâmica da válvula. Ambos os modelos são acoplados e um algoritmo genético é empregado para identificar diferentes geometrias de válvula que proporcionam o melhor compromisso entre desempenho e confiabilidade. Como exemplo, o procedimento é aplicado na otimização da válvula de sucção de um compressor alternativo utilizado para refrigeração doméstica. Como resultado do procedimento, diferentes geometrias ótimas são identificadas e os seus resultados de desempenho verificados experimentalmente. Além disso, uma das geometrias tem sua dinâmica prevista através de um modelo fluido-estrutura. Tanto os resultados experimentais quanto os obtidos através do modelo fluido-estrutura mostram resultados similares aos previstos pelo procedimento de otimização. O novo procedimento apresenta-se como uma importante ferramenta para a fase inicial de projeto de compressores, na qual se deseja obter um primeiro esboço das geometrias das válvulas em um curto período de tempo. / Reed type valves are commonly adopted in small reciprocating compressors due to their simplicity and low cost. In addition to the importance to the compressor volumetric and isentropic efficiencies, their suitable design is also crucial for reliability, since valves may be subjected to severe bending and impact stresses. The present work reports an optimization procedure for reed type valves considering efficiency and bending fatigue, which is attained by coupling a thermodynamic model for the compression cycle and a finite element model for the valve dynamics. Both models are coupled and a genetic algorithm is adopted to find different valve geometries that give the best compromise between efficiency and reliability. As an example, the method is applied to optimize the suction valve of a small reciprocating compressor. The optimal geometries found by the aforementioned procedure are prototyped and their performances verified through measurements in a compressor test bench. The dynamics and bending stress associated with one of the optimal geometries are predicted via a fluid-structure numerical simulation. Both the numerical and experimental results for the valve performance are found to be in good agreement with predictions obtained with the optimization procedure. The new procedure can be seen as an important tool in the initial phase of compressor design, when a first sketch of the valve geometry has to be found in a short period of time.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:26:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302714.pdf: 4306894 bytes, checksum: ad690e1a06dcba1eb4a636327ce82b07 (MD5) / As eficiências volumétrica e isentrópica de compressores alternativos são reduzidas pelo superaquecimento do gás ao longo do sistema de sucção. Considerando que o escoamento nesses sistemas é pulsante, torna-se importante saber em que grau os transientes do escoamento afetam o superaquecimento. Assim, o presente estudo objetiva a caracterização da transferência de calor no escoamento pulsante de sistemas de sucção de compressores alternativos. Com este propósito, um sistema de sucção simplificado foi construído e instrumentado com transdutores de pressão piezelétricos e sondas de fio quente e de fio frio os quais são empregados para medições de transientes de pressão, velocidade e temperatura e pressão em pontos específicos do sistema de sucção, respectivamente, considerando três condições de operação do compressor. Para essas mesmas condições, o escoamento foi também simulado numericamente pelo método dos volumes finitos, com o emprego do modelo RNG - para previsão do transporte turbulento. A partir da investigação, pôde-se constatar um aumento significativo da temperatura do fluido junto à câmara de sucção do sistema no curto período de tempo em que a válvula encontra-se fechada. Além disto, verificou-se dos resultados numéricos que a taxa de transferência de calor no sistema de sucção para o escoamento transiente pode ser até 8% mais intensa do que aquela que ocorreria em regime estacionário. Por fim, observou-se que, para o sistema de sucção indireta testado, grande parte do superaquecimento ocorre no trajeto e mistura do gás entre o passador de sucção na carcaça e a entrada do sistema de sucção, sendo que o aumento médio da temperatura do gás no sistema de sucção propriamente dito é de apenas 9% do aumento total. / The volumetric and isentropic efficiencies of reciprocating compressors are reduced by the gas superheating through the suction system. Since a pulsating flow condition prevails in such systems, it is important to verify to what extent the transient flow regime affects the gas superheating. The present study is aimed at characterizing the heat transfer process in the suction systems of reciprocating compressors. For this purpose, a simplified geometry of suction system was adopted and instrumented with piezoelectric pressure transducers and hot wire and cold wire probes for measurements of pressure, velocity and temperature at specific points in the flow under three compressor operating conditions. In order to complement the analysis, the flow in the suction system was numerically solved via the finite volume method, with the RNG k-E model being employed to predict the turbulent transport. The analysis revealed a significant rise in the gas temperature near the suction chamber within the short period in which the suction valve is closed. Additionally, the numerical predictions have shown that heat transfer rate under the flow transient regime can be up to 8% greater than that which would occur in a steady flow regime. Finally, it has been found that superheating in the tested indirect suction system prevails inside the compressor shell due to mixing between hot and cold streams of gas that takes place between the compressor inlet and the suction system entrance, with the temperature increase in the suction system itself corresponding to only 9% of the total increase.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-03-04T20:54:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304880.pdf: 3296956 bytes, checksum: 5d2475c7c0f1114bb33db6426fa93aff (MD5) / A distribuição de temperatura em componentes de compressores afeta as suas eficiências volumétrica e isentrópica, bem como a sua confiabilidade e a lubrificação hidrodinâmica dos mancais. Apesar da importância de conhecer essa distribuição de temperatura, a transferência de calor associada é de difícil modelação, sendo influenciada pela eficiência do motor elétrico, pelo atrito viscoso nos mancais e pelo escoamento de fluido refrigerante e óleo lubrificante. A presente dissertação apresenta um modelo de simulação térmica desenvolvido para prever as temperaturas de diferentes componentes de um compressor alternativo de refrigeração doméstica. O modelo leva em consideração os principais mecanismos de troca de calor no interior do compressor, como condução, convecção, radiação e advecção decorrente do escoamento do óleo e do gás refrigerante. Com este objetivo, a equação da conservação da energia foi aplicada e resolvida numericamente em 63 elementos geométricos simplificados do compressor, empregando um circuito térmico equivalente e correlações de troca de calor disponíveis na literatura. Assume-se que o compressor opera em regime plenamente cíclico e resolvem-se os processos de compressão e de transferência de calor de forma acoplada. Após a validação do modelo, procede-se uma análise detalhada da transferência de calor no interior do compressor em diferentes condições de operação. Resultados são apresentados para a temperatura e o fluxo de calor em cada um dos componentes, permitindo a quantificação de parâmetros de eficiência global do compressor. / The temperature distribution in a reciprocating compressor affects its volumetric efficiency, lubrication and reliability. Nevertheless, the modeling of all heat transfer processes that take place in such application is a difficult task because it is strongly related to the efficiency of both the electrical motor and the crankshaft mechanism, and also the flow of lubricating oil and refrigerant fluids inside and outside the compression chamber. This dissertation presents a model based on the thermal network circuit aproach developed to predict the temperature of the components of a reciprocating compressor. The model takes into account the main heat transfer mechanisms, such as conduction, convection, radiation and advection due to the flow of oil and refrigerant. The compressor is divided into 63 simplified geometry elements in which the energy equation is applied and solved numerically, by using a thermal network circuit and heat transfer correlations available in the literature. The compressor is assumed to be in a cyclic steady-state operating condition, with the compression process and heat transfer being modeled in a segregated but coupled manner. The thermal network circuit model is computionally inexpensive and allows a thorough understanding of the heat transfer process in the compressor. After being validated with reference to experimental data, the model is used to investigate heat transfer in a reciprocating compressor under different operating conditions. Results are provided for the temperature and heat flux at different components and also for the compressor overall eficiency.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:52:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311387.pdf: 4144049 bytes, checksum: f1f8af115aeec06d8d8297fda0f571bc (MD5) / Válvulas do tipo palheta adotadas em compressores estão sujeitas a falhas estruturais devido à fadiga por flexão e por impacto. A falha por flexão consiste em um problema bastante conhecido e controlável, mas o mesmo não pode ser dito sobre a falha por fadiga de impacto. Atualmente, o critério que determina se uma válvula irá falhar ou não na presença de impactos repetitivos está relacionado unicamente à velocidade de impacto, definida por fornecedores do material, e pela experiência acumulada de fabricantes de compressores. A presente dissertação contempla uma investigação fundamental das tensões geradas pelo impacto de válvulas, com o intuito de identificar os parâmetros mais influentes sobre o fenômeno e contribuir para o esclarecimento de alguns aspectos que podem dar início à falha. Através de um modelo numérico, procede-se uma análise de sensibilidade a fim de avaliar a influência combinada de aspectos geométricos da válvula e do assento, bem como da condição de velocidade inicial do impacto. A partir de uma análise dimensional do fenômeno, parâmetros adimensionais são gerados e, a partir dos mesmos, uma correlação é proposta para a estimativa das máximas tensões de impacto em diferentes condições. / Reed type valves of compressors are subject to structural failure due to bending and impact fatigues. The failure by bending is a well-known and manageable problem, although the same cannot be said about the impact fatigue. Currently, the criteria which determines if a valve will fail or not, in the presence of repetitive impacts, is either the impact velocity, defined by material suppliers, or derived from the experience of compressor manufactures. This dissertation addresses a basic study about impact stresses, with the aim of identifying the most influential parameters of the phenomenon and their relation with valve failure. Through a numerical model, a sensitivity analysis was carried out to evaluate the influences of geometry and the initial velocity condition. From a dimensional analysis of the problem, dimensionless numbers are obtained and a correlation is proposed for estimates the maximum impact stresses in different conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:41:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 316655.pdf: 5472051 bytes, checksum: 374bcfda7278fd881203d87f0000aa2c (MD5) / Compressores lineares possuem em seu principio de funcionamento molas helicoidais as quais vibram com grandes amplitudes de movimento. O objetivo deste trabalho é modelar, simular e caracterizar o campo acústico gerado através da vibração de um componente de seção circular com grandes deslocamentos. A inclusão dos efeitos de grandes deslocamentos eleva a complexidade para solução analítica do problema. Neste trabalho foram inicialmente criados dois modelos numéricos para descrever o campo acústico gerado por estas fontes. A primeira abordagem consiste em um modelo acústico em Elementos Finitos que considera o meio fluido linear em combinação com a abordagem Euleriana-Lagrangeana Arbitrária para a malha móvel. O segundo modelo consiste em uma abordagem de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) para descrever o campo acústico gerado. Os efeitos de grandes deslocamentos da fonte também são considerados para este caso. A validação destes dois métodos foi realizada utilizando dados experimentais disponíveis na literatura. Por fim, um terceiro modelo foi desenvolvido através da implementação equação da onda não linear de acústica onde são mostradas as influências dos efeitos não lineares presentes no fluido. A comparação dos resultados obtidos mostra boa concordância entre o modelo acústico linear e o modelo CFD. Constata-se que para número de Mach pequeno a oscilação senoidal de uma fonte com grande amplitude de deslocamento gera um campo acústico contendo harmônicas da frequência fundamental de oscilação, as quais se devem às não linearidades geométricas.<br> / Abstract : Linear compressors operate with helical springs that vibrate with large amplitude of motion. The objective of this work is to model, simulate and characterize the sound field generated by vibration of a circular section component with large displacements. The inclusion of large displacement effects makes the analytical solution too complex. Two numerical models were developed to describe the sound pressure field generated by the source. The first approach consists of a Finite Element acoustic model which considers the linear description to the fluid medium and combines the Arbitrary Lagrangian-Eulerian approach to the moving mesh. The second model consists of a computational fluid dynamics approach (CFD) to describe the generated sound field. The effects of source´s large displacement are also considered. The validation of these two methods was performed using experimental results available in the literature. Finally, a third model was developed by implementing the nonlinear wave equation where are shown the influence of nonlinear effects present in the fluid. A comparison of results shows good agreement between the linear acoustic model and CFD model. Was observed that for small Mach numbers a sinusoidal oscillation from a source with large amplitude displacement generates an acoustic field containing harmonics of the fundamental frequency of oscillation, which is due to the geometrical non-linearities.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-07-16T21:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317173.pdf: 1692213 bytes, checksum: ebb7ed4498afb18971b709e26b5a248a (MD5) / Ensaios de desempenho sao fundamentais nas etapas de desenvolvimento e de controle de produção de compressores de refrigeração. Tratam-se de ensaios demorados, grande parte devido ao tempo demandado para que o compressor atinja condições estáveis de operação, exigência de todas as normas e recomendações aplicáveis. O longo tempo despendido para a realização dos ensaios de desempenho e preponderantemente decorrente do aquecimento lento do compressor sob avaliação, o que reduz a capacidade produtiva das bancadas de ensaio. Trabalhos recentes desenvolvidos no programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica da UFSC comprovam que a superposição de uma componente contínua a alimentação alternada de um compressor acelera seu aquecimento. Tal fenômeno e aplicado na redução do tempo de ensaio de compressores herméticos por meio de sistema de aceleração de transitório, desenvolvido nesse contexto. Tal sistema opera com controle e supervisão local, demandando, em cada bancada de ensaio, placa de aquisição de sinais, computador e software proprietários. Remover esses dispositivos do sistema e permitir a supervisão de um grupo de bancadas a partir de computador remoto, foram desafios que motivaram a execução desta dissertação. Foram analisadas diversas plataformas de hardware embarcado, passíveis de aplicação. Foi desenvolvido um protótipo capaz de operar integrado ao sistema de aceleração de transitório, com controle e supervisão remota, via rede Ethernet. A arquitetura de hardware resultante e responsável por adquirir grandezas elétricas e a partir delas calcular a frequência rotacional de motores de indução associados aos compressores herméticos, assim como a resistência de enrolamento dos mesmos, sem interrupção da corrente de carga, dados necessários para controle da injeção de corrente contínua. Adicionalmente, desenvolveu-se software para integração com módulo de aquisição de temperatura do corpo do compressor, permitindo comunicar tal valor diretamente ao Labview. A integração da aplicação embarcada com o programa Labview via rede Ethernet, possibilita que mulltiplas bancadas de ensaio possam ser supervisionadas a partir de um único computador, reduzindo desse modo o investimento em hardware e a necessidade de aquisição de licenças de softwares adicionais. Foi realizada uma análise operacional e metrológica que comprovou a adequação do sistema desenvolvido.<br> / Abstract : Performance tests are fundamental in the development and control stages of refrigeration compressors production. Such tests take a long time to be performed mainly due the stabilization time demanded to reach the operation conditions, which are required by any relevant standard. This waste happens mainly due the slow warming of the compressor under evaluation - reducing the productive capability of the test benches. Recent work developed on the Mechanical Engineering Post-graduate program at UFSC proves that a direct current component, superimposed on the compressor's alternating current supply, increases its warming speed. Such a phenomenon is applied on the tests time reduction of hermetic compressors via the transitory acceleration system, developed on this context. Such a system operates with local supervision and control, demanding, for each test bench, an acquisition board, a computer and a proprietary software. Removing these devices and allowing the supervision of a whole group of test benches from a remote computer were challenges which motivated to the execution of this work. Several embedded platforms, susceptible of application, were analyzed. A prototype capable of operating in integration to the transitory acceleration system, controlled and monitored remotely via Ethernet by a computer running Labview, has been developed. The resulting architecture was responsible for acquiring electric signals, which are then used for calculating the rotational frequency of the induction motor associated with the hermetic compressors, as well as its winding resistance. These measurements should not interrupt the supply current and are necessary to control the direct current level into the compressor. Additionally, a software has been developed to integrate via local network the temperature acquisition module with the Labview. The distributed concept used in this work, integrating the embedded application with the Labview software via Ethernet, will allow the supervision and control of several test benches by a single software license, in addition with the reduction of hardware costs. An operational and meteorological analysis has been carried out, which proved the developed system adequacy.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:49:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318579.pdf: 2684043 bytes, checksum: ead45ce72d9d2a3c6762b40cc67dc232 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um Sistema Especialista para diagnóstico das causas fundamentais dos problemas de baixo desempenho em compressores herméticos para refrigeração doméstica. O sistema foi desenvolvido para ser usado como ferramenta de suporte nas fases finais de implantação dos novos projetos de compressores. Foram implementados diagnósticos para os principais atributos de desempenho do compressor, a saber: capacidade de refrigeração, consumo de potência, mínima tensão de partida e ruído. Primeiramente, são revisados os conceitos fundamentais relativos a compressores herméticos e seus componentes, assim como para seus principais atributos de desempenho e problemas associados. Também são apresentados os fundamentos de Sistemas Especialistas e sua aplicação no desenvolvimento do Sistema Especialista. A seguir, é exposto o desenvolvimento do Sistema Especialista e seus processos de aquisição e representação do conhecimento, implementação do código computacional, verificação e validação do sistema. As conclusões mostram que a metodologia de Sistema Especialista foi aplicada com resultados satisfatórios no desenvolvimento do sistema para diagnósticos de problemas de baixo desempenho de compressores herméticos e que os diagnósticos elaborados estão atualizados e alinhados com as recomendações dos especialistas. Este sistema contribui para melhoria na qualidade dos diagnósticos das falhas, reduzindo tempo e custo das análises, além de permitir o compartilhamento de conhecimento e informações dos especialistas mais experientes com os técnicos mais jovens. Dois resultados principais foram obtidos para a empresa-alvo: o sistema foi incorporado como parte do programa para treinar novos técnicos e especialistas de vários países solicitaram utilização do sistema <br> / Abstract: This work presents the development of an Expert System for diagnosis of low performance root causes in hermetic compressors for household appliances. The system was developed to be used as support tool along the final product implementation phases. It was implemented diagnoses for main compressor performance attributes as follows: cooling capacity, power consumption, minimum starting voltage and noise. Initially, fundamental concepts related to hermetic compressor and components are revised as well as for their main performance attributes and associated problems. Next, basics of Expert Systems are presented and its application in developing the prototype system. The Expert System development and its processes of knowledge aquisition, knowledge representation, computational code implementation, verification and system validation are presented. Finally, conclusions show that Expert System methodology was applied with satisfactory results in the development of prototype system for low performance root cause diagnoses of hermetic compressors. Moreover, the diagnoses elaborated by the Expert System are updated and aligned with the recommendations of experts. The Expert System contributes to improve fault diagnosis quality reducing time and cost of analysis. Also, it allows knowledge and technical information sharing between the most experienced experts and beginners. Two main outcomes were the system has been incorporated as part of TechSkill program, to train new product analysts, and experts from different countries have requested to use the system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:26:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319128.pdf: 2171067 bytes, checksum: 3453f655b7b17627deb7e3f18f8787f6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho visa o desenvolvimento e a sistematização de metodologia para a caracterização de componentes sinterizados submetidos a esforços de tração levando em consideração a distribuição heterogênea de poros residuais presentes nestes materiais decorrentes do seu processo de fabricação a partir de pós. Os métodos consolidados para determinação das propriedades mecânicas usam corpos de prova (CP) padrão que não relevam a distribuição de porosidade ao longo da peça. A caracterização obtida a partir destes corpos, quando carregadas em softwares comerciais de simulação numérica, geram uma não representatividade dos resultados quando comparados ao comportamento do mesmo componente em campo. Os componentes aqui estudados são bielas sinterizadas de compressores herméticos usados em refrigeração. A dissertação é fundamentada na análise comparativa de resultados numéricos e experimentais. Sucintamente, estudou-se duas possíveis maneiras de análise experimental as quais fornecem dados de entrada para o software comercial ANSYS. Posteriormente, os resultados gerados pelo simulador seriam confrontados com ensaios de tração feitos com a biela física e as respostas obtidas usadas para a factibilidade e validação das metodologias aplicadas. A duas linhas de desenvolvimento experimental analisadas foram: caracterização ótica da distribuição de poros através da análise metalográfica dos planos do corpo da biela (região retangular central) com auxilio de um microscópio ótico ZEISS conectado a um software comercial de contagem dos poros e determinação de fases do materiais, e seccionamento da biela em 16 CPs cuja área do plano de tração tem valor igual a 1,22mm2 (menor área igual que se conseguia obter). Desta maneira, com áreas tão reduzidas, minimiza-se a variação de densidade fazendo com que os corpos ensaiados tenham maior proximidade a materiais homogêneos. No caso da análise ótica, o dado de entrada diferencial usado no Ansys são as densidades locais. E na situação da análise experimental, os dados de entrada são as propriedades mecânicas de cada uma das 16 zonas.<br>