Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:04:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Izuka_JaimeHideo_M.pdf: 3067570 bytes, checksum: 82a84bf138484b1bf94c984320ee5486 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo do presente trabalho é a modelagem dinâmica e a simulação das cargas e dos deslocamentos correntes nos mancais de um compressor alternativo. O modelo de mancal, integrado à cinética do conjunto, permite avaliar de forma precisa a influência dos pequenos movimentos dos suportes hidrodinâmicos no comportamento global do compressor. Soluções numéricas do problema de lubrificação hidrodinâmica são pesquisadas com o uso dos métodos de diferenças finitas, volumes finitos e elementos finitos. Resultados das soluções analíticas de mancal curto e longo são comparados com as soluções dos modelos numéricos de mancal. Escolhe-se assim a implementação e uso do modelo de elementos finitos para a simulação dos mancais hidrodinâmicos utilizados no compressor. O método de Newton-Euler é utilizado para a obtenção das equações diferenciais que representam o modelo de movimento do sistema dinâmico do conjunto eixo/biela/pistão. A implementação da solução numérica de mancal hidrodinâmico integrada à cinética do sistema exige um grande esforço computacional, demandando a utilização de técnicas de processamento paralelo. Assim, apresenta-se e compara-se com a literatura, os resultados de simulação de cargas e órbitas de mancais, na operação de um compressor alternativo de refrigeração. / Abstract: The present works simulates the loads and displacements of the bearings of a reciprocating compressor. The bearing model, which is integrated to the kinetics of the system, allows a precise evaluation of the influence of small movements of the hydrodynamic supports into the global behavior of the compressor Numerical solutions of the problem of hydrodynamic lubrication are studied using the methods of finite differences, finite volumes and finite elements. Results of analytical solutions for short and long bearing are compared with the numerical models of bearings. The finite element model of hydrodynamic bearings is used in the simulation of the compressor. The Newton-Euler method is used to obtain the differential equations representing the model of motion of the crankshaft/conrod/piston dynamic system. Implementation of the integrated numerical solution for the hydrodynamic bearing and the kinetics of the system requires a large computational effort, demanding the use of parallel processing techniques. The results of simulation of orbits and bearing loads in the operation of an alternative refrigeration compressor is thus presented and compared with the literature. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Jorge Isaias Llagostera Beltran / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T17:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_FernandodeOliveira_M.pdf: 4254683 bytes, checksum: 3714a253c99b8967319409a00b69058a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um programa computacional para modelagem inicial de compressores axiais de vários estágios pertencentes ao conjunto de turbinas a gás. O desenvolvimento do programa se baseia na metodologia adotada por Saravanamutto et al. (2001), faz uso da Primeira Lei da Termodinâmica para cálculo de potência consumida pelo compressor e da Segunda Lei da Termodinâmica para determinar o grau de irreversibilidade do sistema. O programa calcula a quantidade de estágios necessária para uma dada relação de pressão, a quantidade de palhetas por estágio e outros dados construtivos do compressor. O trabalho analisa a eficiência global de uma turbina a gás, avalia rendimento utilizando diferentes tipos combustíveis, estuda a influência da temperatura de entrada do ar no compressor, temperatura de entrada dos gases na turbina, e eficiência isentrópica do compressor e da turbina. Fatores que geram instabilidade no compressor são discutidos e algumas sugestões são apresentadas para evitar que compressores operem fora das condições iniciais. O trabalho apresenta procedimentos claros e detalhados para o préprojeto de um compressor de fluxo axial. Finalmente, o trabalho apresenta uma breve discussão sobre eficiência exergética de máquinas térmicas / Abstract: This work presents the developing of a computational program for designing axial compressors that hold multistage belonged gas turbine. The developing of the program is based on methodology adopted by Saravanamutto et al.(2001), it makes use of the First Law of Thermodynamic to calculate the power required by the axial compressor e the Second Law to calculate the level of irreversibilities. Beside of this the program presents the numbers of stages required for a given pressure ratio, the amount of blades per stage and other building parameters has been included to make a better analyze about the equipment. The work contains thermal efficiency analyzes of a gas turbines, where parameters such as fuels, temperature intlet turbine, environmental conditions, efficiency of the compressor and turbine are included. Other factors such as unstable conditions are discussed and solutions to avoid that axial compressors running in off design conditions. In summary the work provides a global view about thermal machines and how their parameters can influence both in the thermal and exergetic efficiency / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Gabriel Kurka / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T06:28:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme_KarendeLolo_D.pdf: 2419963 bytes, checksum: 554ac4d31b46ae66bd610d91ebaa931a (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo propor um modelo de dinâmica flexível dos componentes de um compressor alternativo monocilíndrico de refrigeração. Tal modelo representa um aperfeiçoamento da modelagem dinâmica utilizada, que supõe mancais rotativos fixos ou pinados. A modelagem dinâmica flexível do compressor é útil na analise dos esforços de natureza elástica e dissipativa que ocorrem nos mancais de sustentação do conjunto. Esses resultados podem também ser utilizados numa correta medição da energia dissipada pelos mancais. O modelo dinâmico utiliza um mecanismo biela-manivela, pistão e eixo, sujeitos ao carregamento da pressão que o fluido refrigerante exerce sobre o pistão no interior do cilindro. A modelagem incorpora efeitos giroscópicos e utiliza mancais flexíveis nos acoplamentos dos componentes, o que proporciona maior mobilidade ao modelo. O Método de Newton Euler é utilizado na analise das forças e momentos atuantes no sistema para a obtenção das equações diferenciais que representam o seu movimento. As equações dinâmicas, por sua vez, são resolvidas numericamente através do método de Runge-Kutta. Observou-se que a modelagem da oscilaãoo dos componentes rotativos no conjunto eixo-biela-manivela é capaz de produzir esforços diferenciados nos mancais do compressor quando comparado aos esforços de mancal presentes num modelo pinado / Abstract: The work consists in fiding a flexible dynamics model of a single cylinder, reciprocating refrigeration gas compressor. The model represents an improval to the current dynamic model of compressors, that use fixed or pinned rotation journal bearings. An efficient dynamic model of the compressor is useful in the analysis of elastic and dissipative loads that occur in the system¿s internal bearings. The results produced by the model can also be employed in the correct measurement of the energy dissipated at the bearings. The dynamic model consists of a rotor, cranckshaft, connecting rod and piston, all subject to the load from compression of the refrigerant fluid. The model incorporates gyroscopic effects and utilizes flexible bearing couplings, which yield greater mobilty to the moving mechanisms. The Newton-Euler method is used in the analysis of acting forces and torques, establishing the necessary differential equations that describe the movement of the system. A numerical solution of the dynamic equations is obtained through use of the Runge-Kutta method. Application of the model shows that oscillations of the rotating internal components of the compressor yield increased loads to the bearings, as compared to a pinned rotation model / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T10:31:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimenta_LucianaBispo_M.pdf: 3231978 bytes, checksum: c2de8436ce07b62fabe1af47e5020ef1 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O comportamento dinâmico em unidades de produção de óleo é muito importante para a operação e projeto de equipamentos. O desenvolvimento da tecnologia no processamento primário de petróleo é caracterizado pela otimização de peso e espaço nas unidades de produção. Estas restrições têm sido diretrizes para pesquisas em desenvolvimento de equipamentos mais eficientes e compactos, como hidrociclones. Porém, esta capacidade de compactar equipamentos resultou em redução na flexibilidade em operar com oscilações de carga (golfadas). Ao longo dos últimos anos, a maturação de campos produtores e o aumento na produção de água e no uso de gás lift associados à produção de óleo em lâminas d'água cada vez mais profundas têm aumentado a freqüência de golfadas. A simulação dinâmica pode ser utilizada para desenvolver estratégias para controlar situações transientes em plataformas offshore. Este trabalho utilizou a simulação dinâmica de uma planta de condicionamento de gás natural em plataforma offshore feita no simulador de processos HYSYS 7.2, como ferramenta para analisar a planta e propor melhores condições de operação. Neste trabalho duas situações serão analisadas. Na primeira, apenas o gás associado passa pelo sistema de compressão e o gás não associado é encaminhado diretamente para desidratação com TEG (situação 1). Na segunda, haverá uma quebra de pressão do gás proveniente dos poços de gás e este deverá ser encaminhado para o sistema de compressão juntamente com o gás proveniente dos poços de óleo (situação 2). Em um primeiro momento, a planta foi analisada em modelo de estado estacionário e foi avaliado o efeito da quebra de pressão na temperatura da tubulação à jusante das válvulas responsáveis pela quebra (situação 2). Em um segundo momento, a planta foi avaliada no estado dinâmico, onde foi possível analisar o efeito que as oscilações de carga têm no sistema de compressão da planta, bem como nas trocas térmicas. Este segundo estudo foi avaliado para as situações 1 e 2. Para o estudo em estado estacionário, foi possível observar que a especificação de temperatura mínima de projeto para a tubulação à jusante das válvulas que efetuam a quebra de pressão não é alcançada, porém, existe uma faixa de ?P ideal para cada válvula a fim de evitar a formação de gelo na parte externa da tubulação. Para o estudo dinâmico foi possível avaliar os efeitos que as oscilações de carga trazem para o sistema de compressão e em que situação (1 ou 2) a planta opera com maior estabilidade. Verificou-se que o trocador da saída do sistema de compressão opera com certa instabilidade na situação 1 devido à baixa vazão de gás a ser resfriado e na situação 2 esta instabilidade é reduzida. As conclusões deste estudo mostram a importância da simulação dinâmica como ferramenta de decisão para o engenheiro de processamento de gás na operação da planta / Abstract: Dynamic behavior in oil production units is vital for equipments project and operation. Technology development in offshore primary processing has traditionally been characterized by optimizing weight and space in their production units. Such restrictions have been the guidelines for researches in developing more efficient and compact equipments, such as hydro cyclones. However, this compactness has resulted, invariably, in reduced capacity to deal with load oscillations, typical in offshore units. Along the last years the maturation of production fields, and the increase of water production and gas lift use, associated to the oil production in larger and larger water depths have been increasing slugs intensity. Dynamic simulation can be used to develop better strategies to control transient situations in offshore units. This study use a dynamic simulation of a natural gas offshore conditioning plant as a tool to analyze the plant and to propose better operational conditions. The process simulator to do dynamic simulation was HYSYS 7.2. In this work two situations were analyzed. In the first one, only the gas from oil wells pass through the gas compression system and the gas from gas wells are forwarded directly to dehydration with TEG (situation 1). In the second situation, there will be a pressure drop of the gas from gas wells and this gas should be forwarded to the compression system along with gas from oil wells (situation 2). At first, the plant was analyzed in steady state model and the effect of pressure drop in pipe temperature downstream of the valves responsible for pressure drop was evaluated (situation 2). In a second stage the plant was evaluated in dynamic state where it was possible to analyze the effect of load oscillations in the compression system, as well as in the heat exchange. This second study was evaluated for situations 1 and 2. For the static study, the specification of minimum project temperature for the pipeline downstream of the valves that perform the pressure drop is not achieved but there is an ideal range pressure drop for each valve to prevent ice formation outside the pipe. In the dynamic study was evaluated the effects of load oscillations in compression system and in what situation (1 or 2) the plant operates with greater stability. It was found that the heat exchange of the output of the compression system operates with instability in the situation 1 due to the low flow of gas to be cooled, and in the situation 2 this instability is reduced. The conclusions of this study show the importance of dynamic simulation as a decision tool for the engineer in the gas processing plant operation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

[pt] Os mapas de características do compressor axial representam o desempenho deste por toda sua faixa de operação. Estes mapas podem ser utilizados para determinar o ponto de operação na simulação off-design. O presente trabalho propõe uma metodologia de manipulação de mapas de características de compressores axiais, baseada nas metodologias já existentes. A rotina desenvolvida, denominada PCOMP, é capaz de obter uma nova linha de rotação, entre duas linhas adjacentes conhecidas. A distância entre duas linhas adjacentes conhecidas e a nova linha irá determinar a influência que cada uma terá nas características desta nova linha. Uma vez determinada a linha de rotação, os parâmetros são interpolados a fim de determinar a vazão mássica corrigida e eficiência isentrópica para a razão de pressão correspondente, dada na entrada da rotina. O método de ponderação para a determinação de novas linhas de rotação apresentou desvios menores que 3% para a vazão mássica corrigida e eficiência isentrópica. Comparando as saídas da rotina com dados de operação de uma usina real, foram encontrados desvios menores que 1% para a eficiência isentrópica. A rotina desenvolvida foi implementada no módulo de simulação do compressor da ferramenta de simulação de turbinas a gás denominada NGGT (Natural Gas & Gas Turbine), apresentando resultados satisfatórios. / [en] Axial compressor maps are able to represent the performance of all its operating range. These maps are used for determining the operating point in the off-design simulation. This thesis proposes a methodology for handling maps of axial compressors, based on existing methodologies. The model, called PCOMP, is able to obtain a new rotational speed line between two adjacent lines known. The distance between the known and the new line will determine the influence that each one will have in the characteristics of the new line. Once determined the speed line, one can find the operating point interpolating the known parameters to determine the corrected mass flow and isentropic efficiency for the corresponding pressure ratio given in the entry data of the routine. The weighting method using to determinate the new rotation speed line presented deviations smaller than 3% for the corrected mass flow and isentropic efficiency. By comparing the outputs of the developed code with the operating data of a real power plant, were found deviations smaller than 1% for the isentropic efficiency. The routine was successfully implemented in a gas turbine performance computer program, called NGGT (Natural Gas & Gas Turbine) model, which presented accurate and efficient simulations.

Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T19:37:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nunes_Osmar_M.pdf: 3751336 bytes, checksum: 2fc3b9c3cc2af03451617cae482065d1 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: As características acústicas de compressores herméticos têm se tomado cada vez mais críticas no projeto destes equipamentos e as predições destas características ao longo do projeto, obrigatórias para a adequação deste produto às condições de consumo. Este trabalho apresenta um método de avaliação vibro-acústica de compressores herméticos através de modelos de elementos finitos. Para estas avaliações, forças harmônicas com amplitudes unitárias são aplicadas em pontos específicos da carcaça e os seus campos de pressão sonora resultantes são calculados sob condições anecóicas, sendo que, estas condições foram modeladas através de elementos infinitos acústicos. Através deste método, é possível obter numericamente a potência acústica irradiada por diferentes versões de projeto, compará-las, escolher a versão mais adequada e, se for o caso, obter informações para direcionar modificações em uma versão para a sua adequação aos níveis de potência sonora exigidos. O trabalho mostra as verificações executadas durante o processo de desenvolvimento desta metodologia como análise modal, análises de convergência e comparações de resultados numéricos com analíticos através de modelos de fontes omnidirecionais. Para a verificação de seu funcionamento, são apresentadas as análises vibro-acústicas numéricas de duas versões de compressor. Além disto, dois protótipos com características semelhantes aos modelos analisados foram testados em câmara reverberante para a obtenção de suas potências sonoras e a comparação com os resultados numéricos. Os resultados obtidos desta comparação mostraram boas correlações entre numérico e experimental e fornecem subsídios para avaliar o desempenho entre as diferentes versões de projeto / Abstract: The importance of the acoustic characteristics in design of hermetic compressors has increased along the years. As a consequence, to predict these characteristics in the design phase is mandatory for this product to meet the consumption requirements. This work presents a method for evaluating the vibration and acoustic characteristics of hermetic compressors through finite element models. To perform these evaluations, harmonic forces with unitary amplitudes are applied in specific locations of the compressor housing and their resulting acoustic pressure fields are ca1culated under anechoic conditions obtained through the acoustic infinite elements. By using this method, it is possible to numerically obtain the acoustic power level irradiated by different versions of design in order to compare them and to choose the most adequate version. With the use of this method it is also possible to obtain information to guide modifications in the design and suit it to desired acoustic power levels. This work presents the verifications performed during the development process of this methodology such as modal analysis, convergence analysis and comparisons between analytical and numerical results by using omnidirectional sources. To validate this methodology, the acoustic numerical analysis of two versions of compressor' s housing was presented. Furthermore, two prototypes similar to the models characteristics were submitted to tests in reverberant chamber for obtaining their acoustic power levels and compared with the numerical results. The obtained results of this comparison presented a satisfactory correlation between numerical and experimental results and provided relevant information to evaluate different design versions / Mestrado / Mecanica Computacional / Mestre em Engenharia Mecânica

No presente trabalho, são discutidos alguns aspectos do escoamento em turbomáquinas radiais, com ênfase nas análises teórica e experimental de rotores centrífugos. Na análise teórica, utilizando o método das singularidades, são apresentadas duas formulações para o escoamento potencial e incompressível no interior de rotores centrífugos com pás de largura variável. Na primeira formulação, apropriada para pás de espessura finita, o escoamento no plano físico, para qualquer geometria de rotor de turbomáquina, é mapeado para o plano da grade linear. A solução numérica da equação de Fredholm de segunda espécie, resultante dessa formulação no plano da grade linear, é obtida pelo método dos painéis, através de uma distribuição de vórtices de densidade uniforme em cada painel. Por meio de uma equação de transformação de velocidades, as características do escoamento são reconduzidas para o plano físico. Na segunda formulação, apropriada para pás infinitamente finas, as características do escoamento são obtidas no próprio plano da grade radial. A solução numérica da equação de Fredholm de primeira espécie resultante dessa formulação é obtida também pelo método dos painéis, porém com uma distribuição de vórtices de densidade linear em cada painel. Diversas características locais e globais do escoamento são determinadas para vários formatos de pás. Baseando-se no carregamento da pá, propõe-se um parâmetro adimensional que determina o número ótimo de pás. Na análise experimental, foram construídos cinco rotores centrífugos com diferentes formatos e números de pás. Também, foi construída uma seção especial de testes para ensaios de rotores centrífugos sem interferência externa irregular no seu escoamento. Para a determinação das características do escoamento, foram utilizados dois sistemas de medidas: um, com uma sonda aerodinâmica localizada na saída do rotor centrífugo e, o outro, com uma célula de carga para a medição da potência de eixo desse rotor. A comparação entre os resultados obtidos por esses dois sistemas de medidas mostra algumas características importantes como o fenômeno da recirculação do escoamento no rotor centrífugo. Os resultados numéricos e experimentais são comparados para uma ampla faixa de vazões. Diversas análises dos resultados são apresentadas e alguns comentários são feitos sobre a validade da aplicação de teorias invíscidas em rotores centrífugos. Conclui-se que o critério baseado no número de Richardson máximo é apropriado para indicar o número ótimo de pás de rotores centrífugos com pás curvadas para trás, por meio do cálculo do escoamento potencial.

Les turbocompresseurs sont utilisés pour améliorer les performances du moteur thermique par suralimentation. Cette méthode efficace présente cependant des inconvénients majeurs pour des points de fonctionnement à faible débit. En effet, lorsque le débit en entrée du turbocompresseur devient trop faible, un phénomène de pompage apparaît, réduisant la plage d'utilisation du moteur, pouvant endommager le turbocompresseur et le moteur par un fonctionnement instable.Dans cette thèse une configuration expérimentale avec un dispositif à géométrie variable placé en amont du compresseur a été étudiée. Ce système, appelé « dispositif de prérotation » permet de modifier les conditions aérodynamiques en amont du compresseur et en particulier dans les zones de fonctionnement proches du pompage.Cette étude comporte deux grands volets : une partie expérimentale réalisée sur un banc d’essais typique de turbocompresseurs d’automobile équipé d'une vanne de prérotation et une étude numérique permettant d’évaluer les capacités de l’utilisation d’un code du commerce à restituer les modifications des performances expérimentales observées sur l’ensemble. / Automotive turbochargers are used to increase engine performances. This efficient method, however, has major disadvantages for low flow operating points. Indeed, when the input flow of the turbocharger becomes too low, a surge phenomenon appears, reducing the range of use of the engine, which can damage the turbocharger and the engine by unstable operation.In this thesis an experimental configuration with a variable geometry device placed upstream of the compressor has been studied. This system, called "pre-whirl device" makes it possible to modify the aerodynamic conditions upstream of the compressor and in particular in the operating zones close to surge.This study has two main components: an experimental part carried out on a typical test bench of automobile turbochargers equipped with a pre-whirl valve and a numerical study making it possible to evaluate the capacities of the use of a code of the trade to render the modifications of the experimental performances observed on the whole. / Os turbocompressores são utilizados para melhorar o desempenho dos motores térmicos por sobrealimentação. Este método é eficiente, no entanto, tem grandes desvantagens quando o turbocompressor opera em baixa vazão mássica. Quando a vazão de massa na entrada do turbocompressor fica muito baixa, um fenômeno de sobrecarga (surge) aparece, reduzindo a faixa de uso do motor, o que pode danificar o turbocompressor e o motor por meio de operação instável.Nesta tese, uma configuração experimental com um dispositivo de geometria variável colocado na entrada do compressor foi estudada. Este sistema, chamado “dispositivo de pré-rotação” permite modificar as condições aerodinâmicas a montante do compressor e em particular nas zonas de funcionamento próximas da sobrecarga.Este estudo tem dois componentes principais: uma parte experimental realizada em uma bancada de testes típica de turbocompressores automotivos equipada com uma válvula de pré-rotação e um estudo numérico que permite avaliar as capacidades do uso de um código de comércio para realizar as modificações dos desempenhos experimentais observados no todo.

Resumo: A compreensão do escoamento em válvulas de compressores herméticos alternativos é de fundamental importância para introduzir modificações no projeto delas de maneira a aumentar a performance dos compressores, e por fim, dos ciclos de refrigeração. A válvula do compressor é um dispositivo ímpar, umas vez que seu funcionamento se dá pela ação da pressão exercida pelo escoamento, caracterizando um problema de forte interação fluido- estrutura. O uso da modelagem numérica através das ferramentas da mecânica dos fluidos computacional (CFD) tem se destacado como a alternativa mais dinâmica para o estudo do fenômeno. O trabalho desenvolvido foi voltado para o estudo numérico do escoamento através do difusor radial, o qual é um modelo simplificado da válvula, com o emprego do Método da Fronteira Imersa com Modelo Físico Virtual para a modelagem do disco superior do difusor (palheta). O ponto forte desta metodologia é que a representação de regiões sólidas é feita pelo cálculo de um campo de força, o qual é introduzido nas equações das células na vizinhança do sólido. Este procedimento dispensa o uso de malhas que se adaptam ao corpo, possibilitando o uso de malhas cartesianas convencionas para modelar geometrias complexas e móveis. A metodologia foi acoplada com a solução das equações governantes do escoamento em coordenadas cilíndricas através do Método dos Volumes Finitos. Inicialmente, a metodologia foi validada, utilizando como dados de referência resultados provenientes de estudos numéricos e experimentais, e foi avaliada a influência dos parâmetros do procedimento na qualidade final dos resultados. Na segunda etapa foram desenvolvidos estudos preliminares referentes ao movimento do disco superior, com a imposição artificial dos processos de abertura e fechamento da válvula. Os resultados obtidos mostraram que a metodologia adotada ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The fully understanding of the flow through automatic valves of alternative hermetic compressors is essentiall to introduce modifications in its project aiming the improvement of the compressor performance and, also, the refrigeration cycle. The compressor valve is a singular device, once its operation is ruled by the flow pressure, characterizing a case with a strong fluid-structure interaction. The using of numerical tools trough the methods of computational fluid dynamics (CFD) has gained especial attention due to its flexibility to study the phenomenon. The present work was developed to study numerically the flow through the radial diffuser, which is a simplified model of the valve, with the employment of the Immersed Boundary Method with Virtual Physical Model to modeling the superior disk (valve reed). The main advantage of this methodology is that the modeling of solid boundaries is performed with the calculus of a force field, which is introduced in the cells equations nearby the solid. This procedure dispenses the using of body-fitted meshes, enabling the adoption of conventional Cartesian meshes to model complex and moving geometries. The methodology was coupled with the solution of the governing equations in cylindrical coordinates though the Finite Volume Method. Firstly, the methodology was validated, confronting the results obtained with data from numerical and experimental studies, where the influence of the main parameters in the quality of the final results was evaluated. In the second step were developed preliminary studies concerning the movement of the superior disk, whose opening and closing movements were artificially imposed. The results obtained showed that the adopted methodology is quit promising and flexible, and can be employed in more refined studies to the comprehension of the flow through the valve regarding the fluid-structure interaction that rules the problem / Orientador: José Luiz Gasche / Coorientador: Júlio Militzer / Banca: Cassio Roberto Macedo Maia / Banca: Elie Luis Martinez Padilla / Mestre

Orientador: José Luiz Gasche / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Paulo Eduardo Lopes Barbieri / Resumo: Devido à solubilidade mútua entre o fluido refrigerante e o fluido lubrificante usados em sistemas de refrigeração por compressão de vapor, eles formam uma mistura homogênea que influencia tanto os processos de transferência de calor no evaporador e no condensador, como os processos de lubrificação e de selagem de vazamentos no interior do compressor. O vazamento de refrigerante através da folga radial de compressores rotativos de pistão rolante é de particular importância para o bom desempenho do compressor, uma vez que ele influencia significativamente a eficiência volumétrica do compressor, chegando a somar cerca de 30% das perdas totais de refrigerante. No presente trabalho foram desenvolvidos modelos de escoamento de misturas óleo-refrigerante através desta folga, incluindo a mudança de fase do refrigerante devida à variação da sua solubilidade no lubrificante. A solução da equação da energia constitui uma evolução do processo de modelagem deste escoamento em relação aos modelos até então desenvolvidos. Quatro modelos diferentes foram usados para simular o escoamento: modelo de escoamento bifásico homogêneo isotérmico, modelo de escoamento bifásico isotérmico com formação de espuma, modelo de escoamento bifásico homogêneo não-isotérmico e modelo de escoamento bifásico homogêneo não-isotérmico com termo de força inercial. O estudo foi realizado para três misturas óleo-refrigerante: óleo éster Freol a10 e refrigerante R134a, óleo éster EMKARATE RL10H e refrigerante R134a e óleo mineral SUNISO 1 GS e refrigerante R12. Para todos os modelos e misturas, realizou-se um estudo paramétrico envolvendo as principais variáveis do problema: pressão de entrada, temperatura de entrada, vazão de mistura e valor da folga mínima... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Due to the mutual solubility between the refrigerant and lubricant of refrigeration systems using mechanical compression of vapor, they form a homogeneous mixture which influences the heat transfer processes in the evaporator and condenser as well as the compressor lubrication and refrigerant leakage. The refrigerant leakage through the radial clearance of rolling piston compressors plays an important role to the volumetric efficiency in this type of compressor, in which it represents about 30% of the total refrigerant loss. In the present work several models to predict the lubricant-refrigerant mixture flow through this clearance, including the refrigerant phase change due to the reduction of the refrigerant solubility in the lubricant, are developed. Four different models were developed to simulate the flow: isothermal homogeneous two-phase flow, isothermal two-phase flow with foam formation, non-isothermal homogeneous two-phase flow and non-isothermal homogeneous two-phase flow containing inertial force. The simulations were performed for three mixtures: ester oil Freol a10-refrigerant R134a, ester oil EMKARATE RL10H-refrigerant R134a, and mineral oil SUNISO 1 GS-refrigerant R12. The influences of the inlet pressure, inlet temperature, mixture mass flow rate, and minimal clearance were analyzed for all mixtures. The results showed that it is important to consider the foam formation, the inertial force, and the solution of the energy equation in the flow modeling. Concerning the volumetric efficiency of the compressor the ester oil Freol a10-R134a was the best mixture because it produced the lowest refrigerant leakage. / Mestre