Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:59:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260433.pdf: 8641854 bytes, checksum: 39738d4f23a9785c9e29ef7784c2d35c (MD5) / Para que um refrigerador seja classificado como frost-free, a geada deve se formar apenas sobre o evaporador, de onde esta é periodicamente removida por resistências elétricas. No entanto, existem situações onde as condições ambientais e de operação provocam o sobre as superfícies internas de gabinetes refrigerados, o que exige a intervenção do usuário para a sua remoção. Em face deste problema, empresas do setor têm recebido um número significativo de chamadas de assistência técnica e, e em situações extremas, de devoluções de produto. Os custos dessas operações geram um grande prejuízo para os fabricantes, que, por sua vez, procuram desenvolver produtos cada vez mais robustos à formação de geada, geralmente elevando o custo e penalizando a eficiência energética do equipamento. Apesar do grande número de trabalhos existentes na literatura com foco nos fenômenos físico-químicos associados com o processo de formação da geada, nenhum deles se concentrou nas condições psicrométricas e de superfície tipicamente observadas em refrigeradores domésticos. Com o objetivo de preencher essa lacuna, este trabalho se propõe a estabelecer uma metodologia para analisar o processo de formação de geada em gabinetes refrigerados com base nas condições de operação e nas características das superfícies. Neste contexto, as condições de operação de um refrigerador típico foram avaliadas em uma câmara com controle da temperatura e umidade do ar. Amostras do material das superfícies internas do refrigerador foram extraídas e submetidas à medição de ângulo de contato e rugosidade. As condições mínimas necessárias para o início do processo de nucleação foram avaliadas em uma bancada especialmente projetada e construída para essa finalidade. Os resultados foram então empregados para validar um critério teórico para prever se ocorre ou não formação de geada sobre uma determinada superfície. Adicionalmente, um modelo matemático foi desenvolvido com base nos princípios de conservação da massa e da energia para prever a espessura e a massa da camada de geada ao longo do tempo. O modelo foi validado contra dados experimentais, quando se observou que a espessura da geada, em diferentes condições de operação, era prevista dentro de uma faixa de erro de ±10%. Embora a metodologia tenha sido elaborada para um refrigerador doméstico específico, ela se aplica a quaisquer compartimentos refrigerados onde exista formação de geada. Household refrigerators are labeled as frost-free when frost forms on the evaporator coil only, from where it is periodically removed by the action of electrical heaters. However, when certain environmental and operating conditions take place, frost can also be formed on the cabinet inner liners, increasing the field call rates and consequently the maintenance and quality costs. In order to avoid this inconvenience, manufacturers have been trying to improve their refrigerator designs, but that increases costs and penalizes the energy performance. Albeit several distinguishing publications in the field of frost formation can be found in the open literature, none of them actually focused on the typical working and geometric conditions of household refrigerators and freezers. Therefore, this dissertation aimed to devise a methodology for analyzing the frost formation on the inner liners of frost-free refrigerators focused on the most influencing factors that drive the frost nucleation, growth and densification processes, such as psychrometric (temperature and humidity), flow (velocity), and surface conditions (roughness and contact angle). In order to accomplish that, a refrigerator was tested inside an environmental air temperature and humidity controlled chamber using an automatic door-opening device. In addition, samples of different liner materials were extracted from the refrigerated cabinet in order to have their contact angles and surface roughness measured. These samples were tested using a purpose-built testing facility for measuring both the mass and thickness of the frost deposited over a flat horizontal surface. The results were used to devise a criterion that establishes whether the frost nucleation would start. In addition, a mathematical model based on the mass and energy conservation principles, was developed to predict the mass and thickness of the frost layer over time. The model was validated against experimental data, showing deviations for the predicted frost thickness within a ±10% error band. Although the methodology was applied to a specific household refrigerator, it can be easily extended to any kind of refrigerated room subject to frost formation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:13:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257765.pdf: 10890873 bytes, checksum: f3c9d757c1274835eb6e57ee3b6146cd (MD5) / O presente trabalho teve como objetivo mostrar uma forma de aplicação das ferramentas da metodologia Seis Sigma, em um problema típico da área de compatibilidade eletromagnética. Um refrigerador foi o produto sob estudo sobre o qual todas as conclusões foram obtidas. Inicialmente foram criados um Mapa de Raciocínio e um Mapa de Produto, com o intuito de incentivar o raciocínio crítico sobre o problema e auxiliar na determinação de fatores a serem estudados. Seguidos a esta etapa, foram realizados 3 experimentos planejados chamados DOEs (Design of Experiments), que seguiram uma estrutura de raciocínio sequencial. No primeiro experimento, um estudo do sistema de medição utilizando Cartas de Controle auxiliou na determinação de quais variáveis de resposta seriam observadas. De posse dessa informação, os subsequentes experimentos mostraram e confirmaram que o maior ruído emitido pelo produto era de modo comum, e cujo acoplamento se faz via a carcaça metálica do produto. Nesse contexto, alguns fatores foram estudados tentando obter aprovação na norma apropriada com o menor custo possível, mas, dentro dos limites do trabalho, apenas a utilização de um ferrite de modo comum foi capaz de efetivamente enquadrar o produto na norma. O uso de dois ferrites na Linha e no Neutro também foi uma ferramenta eficaz quanto ao ruído conduzido de mais alta freqüência. De forma geral, o resultado do trabalho mostra que são grandes as oportunidades de aprendizado, quando se utilizam ferramentas estatísticas para tratar de problemas de compatibilidade eletromagnética. This work had the objective to show the application of the Six Sigma methodology tools, in a typical Electromagnetic Compatibility problem. A refrigerator was the product under study, and was the one all the conclusions of the work apply. Initially, a Thought Map and a Product Map were developed with the intent of increasing the usage of critical thinking about the problem, and to aid in the discovery of which factors to use in the subsequent tests. With this information obtained, 3 Design of Experiments (DOE's) were executed in a sequential thinking structure. In the first experiment, a Measurement System Evaluation was done using Control Charts, and it helped to choose which response variables to use in the rest of the work. With this information in hands, the other experiments showed and confirmed that the biggest noise emitted by the product was a common mode noise, and it was coupling through the main communication harness, with the external metal structure of the product. In this context, some factors were better studied to get approval in the applicable standard at the lowest cost possible. Although, with the boundaries this work had, the only truly effective solution was the addition of a common mode ferrite in the ground line. The usage of two inductors in the Line and Neutral also aided in the higher frequency components of the noise. Generically speaking, this work shows some of the great opportunities of knowledge acquisition, when using statistical tools to learn about Electromagnetic Compatibility issues.

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

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-09T03:17:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348522.pdf: 7740797 bytes, checksum: 2e7aa82a643bf9ba928a8156bd1bf787 (MD5) Previous issue date: 2017 / O ruído emitido por um refrigerador doméstico é um fator importante. Níveis de ruído excessivos ou anômalos incomodam o usuário, gerando despesas com assistência técnica e substituição de produtos defeituosos. Dentre as diversas fontes de ruído em um refrigerador, destaca-se o ruído de expansão, originado no escoamento do fluido refrigerante através do tubo capilar. Este ruído apresenta uma natureza complexa, cujas características mudam de acordo com a variação das condições de operação do refrigerador. Objetivando ampliar a compreensão sobre o fenômeno, um estudo experimental com foco no aspecto vibro-acústico foi realizado em um refrigerador doméstico típico, empregando a medição direta do fenômeno-fonte, qual seja, a excitação acústica no escoamento de fluido refrigerante. O escoamento através do tubo capilar gera um jato bifásico turbulento, que se mostrou uma fonte importante de excitação acústica, com intensidade da ordem de 17 a 75 Pa, bastante dependente das condições de operação, e com forte oscilação, relacionada à característica oscilatória do escoamento. A excitação transmite-se para as tubulações, e daí para o gabinete, sendo capaz de gerar ruído audível. Este ruído varia em intensidade e distribuição espectral ao longo do ciclo de operação do sistema de refrigeração. Em qualquer escoamento em jato, a fonte primária de excitação acústica é a turbulência. Assim, sua intensidade está relacionada à velocidade do escoamento na descarga, que é diretamente proporcional à fração mássica de vapor neste ponto, e à razão de expansão no jato. Constatou-se que a intensidade da excitação gerada no jato bifásico é inferior à de um jato monofásico gasoso nas mesmas condições, o que é explicado pela redução da energia cinética turbulenta pela presença da fase dispersa (líquida), sendo esta redução proporcional à velocidade do jato. Mediante a visualização do escoamento, pôde-se constatar que, em uma ampla faixa de condições de operação, forma-se um vórtice na entrada do tubo capilar, que permite a este a ingestão de vapor misturado ao líquido, e esta condição resulta em menor geração acústica no jato, porém com maior oscilação. O vórtice pode ser contínuo ou intermitente, sendo que a última condição produz maior oscilação do escoamento e da excitação acústica. A presença de bolhas de vapor no escoamento no tubo capilar é capaz de gerar excitação acústica, devido ao efeito do resfriamento proporcionado pelo trocador de calor com a linha de sucção. Observou-se que esta excitação não consegue se propagar ao longo do escoamento, mas é forte o suficiente para ser transmitida localmente para a tubulação, propagando-se estruturalmente. O período inicial de funcionamento do ciclo de operação do sistema de refrigeração mostrou-se mais crítico em relação às excitações acústicas, devido à grande variação das grandezas físicas relacionadas ao fenômeno; o primeiro ciclo após uma operação de degelo mostrou-se ainda mais crítico. Níveis de excitação acústica anômalos, de intensidade muito superior aos níveis normais, foram observados em certas condições. As excitações são desproporcionais às grandezas termodinâmicas, indicando tratar-se de fenômenos de ressonância acústica. A excitação anômala denominada screech ocorre quando o tubo capilar ingere apenas fluido no estado líquido, e se combinam valores de velocidade e fração mássica de vapor elevados na descarga, condições que favorecem a probabilidade de ocorrência de choque no núcleo do jato. A excitação anômala denominada estouro (burst) ocorre quando se inicia a formação de vórtice, e a eficiência do trocador de calor é alta (baixa temperatura na saída do evaporador), indicando estar relacionada a uma maior excitação das bolhas de vapor presentes no escoamento; este tipo de excitação mostrou também maior probabilidade de gerar ruído audível. Medições de aceleração na tubulação na entrada do evaporador mostraram-se um indicador confiável da ocorrência de ambas as anomalias. Modelos matemáticos para a descrição dos fenômenos acústicos são propostos, permitindo o cálculo da potência acústica gerada pelo escoamento. Foi realizada uma análise da influência das condições de funcionamento, bem como das características dimensionais do trocador de calor tubo capilar - linha de sucção, sobre a excitação acústica. Observou-se que o aumento da temperatura de evaporação, a redução do diâmetro interno da linha de sucção ao longo do trocador de calor, e a redução do comprimento de entrada do tubo capilar mostram o potencial de reduzir a magnitude de todas as variáveis acústicas. / Abstract : Noise emitted by household refrigerators is a key factor. High noise levels annoy users, generating costs to manufacturers related to technical support and replacing products. Among the several sources of noise in a refrigerator, there is the expansion noise, related to the refrigerant fluid flow through the capillary tube. It has a complex nature, due to the transient character of the noise source, whose characteristics change according to the variation of the refrigerator operating conditions. With the aim at expanding the comprehension of the phenomena, an experimental study focused on the vibro-acoustic aspects was carried out in a typical household refrigerator, using a direct measurement of the source, that is, the acoustic excitation within the refrigerant fluid flow. The flow through the capillary tube generates a turbulent two-phase jet, which proved to be an important source of acoustic excitation, with average intensity of the order of 17 to 75 Pa, quite dependent on the operating conditions, and with strong oscillation, related to the oscillatory characteristic of the flow. The excitation is transmitted to the tubes, and from there to the cabinet, being able to generate audible noise. This noise varies in intensity and spectral distribution throughout the cycle of operation of the refrigeration system. In any jet flow, the primary source of acoustic excitation is turbulence. Thus, its intensity is related to the velocity of the discharge flow, which is directly proportional to the vapor mass fraction at this point, and to the jet expansion rate. It was found that the intensity of the excitation generated in the two-phase jet is lower than that of a single-phase gaseous jet under the same conditions, which is explained by the reduction of the turbulent kinetic energy by the presence of the dispersed (liquid) phase, this reduction being proportional to the velocity of the jet. By visualizing the flow, it could be seen that, over a wide range of operating conditions, a vortex is created at the entrance of the capillary tube, which allows the latter to ingest vapor mixed with the liquid, and this results in lower acoustic generation at the jet, but with greater oscillation. The vortex can be continuous or intermittent, the latter condition producing greater oscillation of the flow and acoustic excitation. The presence of vapor bubbles in the capillary tube flow is capable of generating acoustic excitation due to the effect of the cooling provided by the heat exchanger with the suction line. It has been observed that this excitation can not propagate along the flow, but is strong enough to be transmitted locally to the tube, propagating structurally. The initial period of the cooling system operating cycle was more critical in relation to the acoustic excitations, due to the great variation of the physical quantities related to the phenomenon; the first operation cycle after a defrosting operation was even more critical. Anomalous levels of acoustic excitation, of an intensity much higher than normal levels, were observed under certain conditions. The excitations are disproportionate to the thermodynamic quantities, indicating that they are due to acoustic phenomena. The anomalous excitation called screech occurs when the capillary tube ingests only liquid fluid, and high velocity and vapor mass fraction values are combined in the discharge, conditions that favor the probability of shock occurring in the jet core. The anomalous excitation called burst occurs when a vortex formation begins, and the the heat exchanger efficiency is high (low temperature at the evaporator outlet), indicating that it is related to a greater excitation of the vapor bubbles present in the flow; this type of excitation was also more likely to generate audible noise. Acceleration measurements in the tube at the evaporator inlet were a reliable indicator of the occurrence of both anomalies. Mathematical models for the description of the acoustic phenomena are proposed, allowing the calculation of the acoustic power generated by the flow. These models can be used in simulations for various purposes. An analysis was made of the influence of the operating conditions, as well as the dimensional characteristics of the heat exchanger capillary tube - suction line, on the acoustic excitation. It has been observed that increasing the evaporation temperature, reducing the internal diameter of the suction line along the heat exchanger, and reducing the inlet length of the capillary tube show the potential of reducing the magnitude of all acoustic variables.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-20T03:13:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335057.pdf: 4483010 bytes, checksum: 873438d9747ccfec07eb62894e334cd7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Em evaporadores no-frost o acúmulo de geada é inevitável. Por degenerar a capacidade de refrigeração do sistema, degelos periódicos são necessários. Esse processo normalmente ocorre através do acionamento de um resistor elétrico e tem impacto negativo para o sistema, pois aumenta a carga térmica e causa variação da temperatura no refrigerador. Portanto, em um refrigerador é normalmente desejada a ocorrência de degelo somente quando necessário, para manter a eficiência do sistema de refrigeração. Entretanto, o atual controle desse processo permite que degelos desnecessários ocorram, não atuando de forma inteligente. Em vista disso, este trabalho tem por objetivo estudar possibilidades de identificação da quantidade de geada presente nos evaporadores para que o degelo possa ser controlado pela demanda. Para isso, investigaram-se experimentalmente diversas possibilidades. Deu-se enfoque às possibilidades que não exigem inserção e utilização de mais transdutores nos refrigeradores. Para os ensaios, construiu-se bancada própria e um refrigerador de modelo comum foi adaptado permitindo a visualização do processo. Testaram-se soluções baseadas na perda de carga do escoamento de ar sobre o evaporador, na eficiência da troca térmica do evaporador e também na evolução das temperaturas do evaporador e suas consequências, tais como a variação de resistência elétrica do resistor de degelo e a do enrolamento do motor do ventilador. Alguns transdutores capacitivos, indutivos e ópticos também foram avaliados. Os melhores resultados foram obtidos nas soluções baseadas na evolução de temperaturas. Um transdutor de fluxo de calor instalado permitiu analisar a influência da geada. Os resultados mostraram a degradação do coeficiente de transferência de calor devido à presença da geada, porém de maneira insuficiente para indicar a quantidade de geada. A possibilidade baseada na análise da dinâmica de variação das temperaturas frente à perturbação do sistema foi validada. Porém, o conceito encontrou obstáculo para diferenciar quantidades menores de geada depositada. Ao final deste trabalho não foi possível encontrar um método eficiente para o presente problema.<br> / Abstract : In no-frost evaporator, frost accumulation is unavoidable. Since this accretion depletes the cooling capacity of the refrigeration system, defrosts must be periodically carried out. This process is usually made by electrical heaters but it has a negative impact for the system because it increases the thermal load, and also causes temperature variation in the refrigerator. For this reason, in a refrigerator, it is normally desirable to defrost only as necessary to maintain an efficient cooling system. However, the current control of this process allows unnecessary defrosts, and not intelligent actions. Therefore, the present work aims to study possibilities to identify amount of frost accumulated in evaporators, so that process of melting can be controlled by demand. Because of this, some solutions were experimentally investigated. The main focus were the possibilities that do not require insertion and use of more transducers in refrigerators. In order to test, an experimental apparatus was assembled; a common model of refrigerator was adapted allowing the visualization of the process. Solutions based on the pressure loss of the airflow over the evaporator, the heat exchange efficiency of the evaporator; and the evolution of evaporator temperatures and its consequences, such as the variation of the electrical resistance of the heater and the fan motor winding, were tested. Some sensors, based in capacitive, inductive and optical principle, were also evaluated. The best results were obtained in solutions based on the temperature development. A heat flow transducer installed in coil allowed analysis of the frost. The results showed the degradation of heat transfer coefficient due to the presence of frost, but insufficiently to indicate the amount of frost. The option based on the analysis of the dynamics of temperatures variation by a system disturb was validated. However, the concept encountered an obstacle in real operation condition of refrigerator. At the end of this work was not possible to find an efficient method to this problem.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:41:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300945.pdf: 7691802 bytes, checksum: a79a29074aa4a3a99f8245213c58a3ba (MD5) / No Brasil, o consumo de energia no setor residencial é liderado pelo segmento de refrigeração e condicionamento de ar, com uma participação percentual da ordem de 50%, o que corresponde a aproximadamente 10% de toda eletricidade produzida no país. Tal valor se deve tanto ao grande número de produtos no mercado como ao seu baixo desempenho termodinâmico. Em um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor, largamente utilizado na refrigeração doméstica, o ponto de operação do sistema depende da interação entre seus componentes. As pressões de condensação e evaporação afetam diretamente a capacidade do compressor e vazão mássica fornecida pelo tubo capilar e vice-versa. Já a carga de refrigerante afeta tanto a pressão de condensação como a de evaporação, através do excesso ou da falta de fluido nos trocadores de calor. Diferentes autores mostraram que o coeficiente de desempenho de um refrigerador doméstico pode ser melhorado pela simples escolha do tubo capilar e da carga de refrigerante. Porém, há escassez de trabalhos na literatura com foco no efeito simultâneo de tais parâmetros. Neste trabalho desenvolveu-se um procedimento experimental que permite a variação da carga de refrigerante e da restrição do dispositivo de expansão em refrigeradores domésticos. Para tanto, utilizam-se um dispositivo de carga de fluido refrigerante e uma válvula de expansão micrométrica instalada em série com um tubo capilar de diâmetro superior ao original. O dispositivo de carga é constituído por um cilindro suspenso em uma célula de carga e por duas válvulas solenoides de ação direta, conectadas às linhas de sucção e descarga do compressor. A combinação "válvula + tubo capilar" permite aumentar ou restringir a abertura do dispositivo de expansão em relação à situação original. Um modelo numérico foi também desenvolvido para simular o escoamento de fluido refrigerante através de tubos capilares diabáticos e adiabáticos. Esse programa permitiu a determinação do diâmetro interno do tubo capilar que origina a mesma vazão mássica obtida com o conjunto válvula mais capilar. O consumo de energia foi medido em regime permanente, o que diminui substancialmente o tempo de ensaio, sem comprometer as análises realizadas. O ponto ótimo de operação do refrigerador foi obtido através do mapeamento do consumo de energia em todas as condições de operação impostas ao sistema. Ao todo, foram realizados 95 ensaios experimentais. Verificou-se que há uma ampla região de operação onde o consumo de energia é mínimo, região esta que engloba diversas combinações de tubo capilar e carga de refrigerante. Por sua vez, uma combinação inadequada de carga de refrigerante e restrição do dispositivo de expansão pode provocar aumentos de consumo de energia de até 30%. Por fim, propôs-se uma correlação empírica para estimar o consumo de energia de um refrigerador doméstico específico em função da restrição do dispositivo de expansão e da carga de refrigerante. Um procedimento, baseado num número reduzido de testes experimentais, foi também desenvolvido e validado para derivar tais parâmetros. Um algoritmo de minimização foi utilizado para determinar o ponto ótimo de operação. / According to the 2007 National Brazilian Energy Consumption Habits Research, the refrigeration and air conditioning equipment are responsible by 50% of the total energy consumption of the residential sector, which correspond to approximately 10% of the Brazilian overall energy production. This figure highlights the importance of undertaking research activities focused on the energy consumption of household refrigerators. There is plenty of evidence in the literature showing that each system requires an optimum refrigerant charge in order to reach a maximum efficiency level. In other words, the energy consumption is not only affected by the system components but also by the refrigerant charge. In this study an experimental apparatus was developed to simultaneously vary the refrigerant charge and the restriction of the expansion device. This apparatus is comprised of a charging device connected to a modified household refrigerator with a larger inner diameter capillary tube, and a step motor actuated needle valve installed in series and before the capillary tube. The charging device is comprised of a refrigerant cylinder, a load cell and two solenoid valves connected to the compressor suction and discharge lines. The combination of needle valve plus capillary tube allows the modulation of the restriction of the expansion device to values lower or higher than that of the original system. A mathematical model to simulate the refrigerant flow through diabatic capillary tubes was developed, validated and used to calculate the internal diameter of a capillary tube which is equivalent in terms of mass flow rate to the restriction imposed by the capillary tube and needle valve combination. Steady-state energy consumption tests were carried out, varying the refrigerant charge and the restriction of the expansion device. Such an approach was adopted to speed up the process without losing the experimental tendency. A total of 95 measurements were made. The energy consumption was plotted in a contour map with the restriction of the expansion device on the x-axis and the refrigerant charge on the y-axis. It was shown that there is a wide region where the energy consumption reaches a minimum, which stretches over a range of expansion device restriction and refrigerant charge. It was also shown that an inappropriate combination of charge and expansion device can increase the energy consumption by up to 30%. Ultimately, an empirical correlation was proposed to estimate the energy consumption of a household refrigerator based on the restriction of the expansion device and refrigerant charge. A new methodology, based on a small amount of experimental data was proposed and validated. A minimization algorithm was also developed and used to identify the point of minimum energy consumption.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:41:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338919.pdf: 1081536 bytes, checksum: a338313a8e9ba627dfd1328f08274973 (MD5) Previous issue date: 2015 / Em sistemas domésticos de refrigeração, o compressor é uma das principais fontes de excitação dinâmica. O condensador é um importante caminho de transmissão da energia vibratória para o gabinete do refrigerador. A vibração do compressor e a oscilação de pressão do fluido refrigerante são os dois tipos de excitação do condensador. Esta dissertação analisa a contribuição do condensador e de cada tipo de excitação para o ruído global de um refrigerador doméstico típico. Para tal, um modelo numérico vibroacústico do condensador foi desenvolvido. Esse modelo inclui o fluido refrigerante e a estrutura do condensador. Propriedades acústicas equivalentes do escoamento bifásico foram determinadas experimentalmente. Esse modelo estima o comportamento dinâmico do condensador e os esforços transmitidos para o gabinete para cada tipo de excitação. Resultados experimentais e analíticos mostram que o condensador possui baixa eficiência de radiação, indicando que a principal contribuição do condensador está na transmissão de energia vibratória ao gabinete. Medindo a vibração do gabinete com o condensador acoplado e desacoplado, foi possível observar que o condensador tem uma contribuição significativa para a vibração do gabinete nas faixas de frequência de 1000 a 1300 Hz e de 2200 e 2500 Hz. Para calcular a radiação sonora do gabinete devido às forças transmitidas pelo condensador, um modelo numérico vibroacústico do gabinete foi desenvolvido utilizando o método de elementos finitos e o método de elementos de contorno. Os modelos foram comparados com dados experimentais indicando uma concordância satisfatória. As simulações do nível de potência sonora do gabinete excitado pelo condensador indicam uma contribuição crítica do condensador nas bandas de 1000 e 1250 Hz, sendo a pulsação a excitação dominante nessa faixa.<br> / Abstract : In domestic refrigeration systems, the compressor is one of the main sources of dynamic excitation. An important vibration energy transmission path to the cabinet is the condenser. The compressor?s vibration and the refrigerant fluid pressure oscillation excite the condenser. This work analyzes the contribution of the condenser and the two types of excitation to the overall noise of a typical household refrigerator. Therefore a vibroacoustic numerical model of the condenser was developed. This model includes the refrigerant and the condenser structural component. Equivalent acoustic properties of the two-phase flow were determined experimentally. The model can estimate the condenser dynamic behavior and the forces transmitted to the cabinet for the two excitement types. Experimental and analytical results showed that the condenser has low radiation efficiency, indicating that the transmission of vibratory energy to the cabinet is the main contribution of the condenser. Measuring the cabinet's vibration response with the condenser coupled and uncoupled, it was observed that the condenser has a significant contribution to the cabinet's vibration in the frequency bands of 1000 to 1300 Hz and 2200 to 2500 Hz. In order to calculate the cabinet sound radiation due to the forces transmitted by the condenser, a vibroacústic numerical model of the cabinet was developed using the Finite Element Method and the Boundary Element Method. The numerical models results were compared with experimental data showing a satisfactory agreement. The simulations of the cabinet sound power level indicated a critical contribution of the condenser in the one-third octave frequencies bands of 1000 and 1250 Hz, where the fluid excitation is dominant.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:47:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337525.pdf: 17253308 bytes, checksum: 0f3c9266e9ac685a4161087c22da85e5 (MD5) Previous issue date: 2015 / O compressor é um dos principais componentes do sistema de refrigeração e no caso da refrigeração doméstica os mesmos são tipicamente herméticos. As atividades de controle da qualidade e de P&D são auxiliadas por grande diversidade de ensaios. Muitos desses ensaios preveem o monitoramento da frequência rotacional do motor elétrico inerente ao compressor. A característica hermética impossibilita o uso de transdutores específicos - como encoders e tacogeradores. Assim, a medição através de grandezas externamente disponíveis torna-se mandatória para ensaios em larga escala. Trabalhos sobremedição indireta de frequência rotacional foram desenvolvidos nolaboratório ao qual o presente trabalho está relacionado. Nesses, análises de sinais de pressão de descarga, vibração da carcaça e corrente de alimentação foram realizadas; ferramentas de processamento de sinais no domínio da frequência e tempo-frequência foram avaliadas para condições de regime permanente e transitório. Oportunidade de análise específica se mostrou para o ensaio de tombamento, no qual é avaliada a adequação de compressores para determinadas aplicações. Nesse tipo de ensaio os compressores são submetidos a demandas de cargas que fazem com que a frequência rotacional varie rapidamente com o tempo, o que caracteriza um comportamento transitório dessa grandeza. Assim, a medição deve ser adequada para identificar o instante no qual a frequência rotacional ultrapassa um limite predefinido. O presente trabalho apresenta propostas de formas de medição da frequência rotacional para o ensaio de tombamento. Diferentes ferramentas matemáticas de análise de sinais - Transformada interpolada de Fourier,Transformada Chirp-Z e Transformadas Wavelet - são empregadas para obtenção da frequência rotacional a partir da pressão de descarga, vibração da carcaça e corrente de alimentação. Atividades experimentais são descritas e resultados são analisados com foco no comportamento da frequência rotacional na situação de interesse e na identificação do instante de tombamento. Análises de repetibilidade são realizadas em um compressor instrumentado para obtenção de medições de referência. As propostas de alternativas de medição mais adequadas para determinadas situações são indicadas. Obtiveram-se diferenças inferiores a 1% para as alternativas de medição mais adequadas em relação às medições de referência. <br> / Abstract : The compressor is one of the main components related to refrigerationsystems and, regarding to household refrigeration systems, is typicallyof the hermetic type. Activities on quality control and R&D o frefrigeration compressors are supported by a wide diversity of tests. During many of these tests is regarded the monitoring of rotational frequency of compressor's electric motor. The hermetic feature make sunattainable the use of specific transducers, such as encoders and tacho generators. Thus, the measurement through externally measurable quantities becomes mandatory for large-scale tests. Studies on indirect measurement of rotational frequency were developed in the laboratory related to this dissertation. In these, signal analysis of discharge pressure, compressor shell vibration and supply current were performed; signal processing techniques in frequency and time-frequency domains were applied to steady and unsteady state conditions. An opportunity fora specific analysis was shown regarding the compressor stalling test,which evaluates the suitability of compressors for specific applications. In this type of test the compressor is subjected to load requirements, which cause the rotational frequency to vary quickly over time, whatassign a transient behavior to this quantity. Thus, the rotational frequency measurement must be suitable to identify the instant which it surpasses a predefined threshold. This dissertation presents measurement approaches to the rotational frequency during stall tests of refrigeration compressors. Different mathematical tools for signalanalysis, such as Interpolated Fourier Transform (FFTint), Chirp-Z Transform and Wavelet Transforms, are used for o btaining the rotational frequency from the discharge pressure, shell vibration andsupply current signals. Additionally, experimental activities are described and the results are analyzed focusing on the behavior o frotational frequency and on the identification of stalling instant. Repeatability analyses are realized using an instrumented compressor in order to obtain reference measurements. The best approaches for specific test situations are indicated, which presented results with differences of less than 1% related to the reference measurements.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:50:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338918.pdf: 4871050 bytes, checksum: 407f6c5033901fe6fcffcf62940575d3 (MD5) Previous issue date: 2015 / As políticas governamentais de redução de consumo de energia elétrica e a conscientização da população têm impulsionado os fabricantes de eletrodomésticos a uma busca incessante por melhorias na eficiência energética de seus equipamentos. Dentre os produtos de linha branca,refrigeradores e congeladores são responsáveis por 23% do consumo de energia elétrica residencial do país. Pode-se aprimorar a eficiência de um refrigerador doméstico através da redução da carga térmica imposta a ele. Os painéis de isolamento a vácuo, comumente chamados de VIPs (Vaccum Isulation Panels), têm sido considerados como uma alternativa promissora, uma vez que suas condutividades térmicas são cerca de cinco vezes menores que as das espumas de poliuretano. Contudo, fatores limitantes como o elevado custo e os cuidados necessários no manuseio, aplicação e armazenamento, restringem a utilização de VIPs. Assim, determinar tamanho e alocação dos painéis em torno do gabinete são requisitos para o melhor custo-benefício da aplicação dessa tecnologia. Os trabalhos disponíveis na literatura a respeito de VIPs em aplicações domésticas limitam-se a estudar uma quantidade reduzida de refrigeradores e em sua maioria, apenas numericamente. Assim sendo, este trabalho visa caracterizar experimentalmente o desempenho térmico de gabinetes refrigerados com painéis de vácuo através de um total de 16 amostras montadas com diferentes quantidades, posições e áreas de painéis em torno do gabinete. As amostras foram submetidas a testes defluxo de calor reverso e consumo cíclico de energia, e verificou-se que,apesar do aumento da área de cobertura proporcionar condutâncias térmicas globais e consumos de energia menores, isso não ocorreu de modo linear. Refrigeradores com áreas de painéis idênticas apresentaram consumo de energia e condutâncias térmicas globais distintas. Concluiu-se que os testes de fluxo de calor reverso não são adequados para a caracterização de refrigeradores com paredes cujo isolamento térmico seja heterogêneo. Tais ensaios são realizados sob as premissas de que não há estratificação de temperatura no interior dos compartimentos e que a distribuição do isolamento térmico é homogênea. Diante da dificuldade de explicar alguns resultados por análises comparativas, optou-se por analisá-los estatisticamente. A base de dados experimentais foi correlacionada de diversos modos para permitir a identificação das regiões mais indicadas para a instalação dos VIPs. Observou-se então que a inserção de painéis de vácuo em ambas as portas do gabinete reduz o consumo de energia em aproximadamente 6%. O acréscimo de painéis apenas na parede traseira reduz o consumo de energia na ordem de 11% e a instalação de painéis nas paredes laterais e superior do gabinete reduz o consumo em torno de 4%.Finalmente, a adição de VIPs em todas essas superfícies provoca uma redução de 21% no consumo de energia. Adicionalmente, verificou-seque a utilização de um compressor de menor capacidade de refrigeração provocou uma redução média de 4% no consumo de energia de amostras com isolamento térmico superior.<br> / Abstract : Current public policies and the consumers' growing tendency to reduce energy consumption have been constantly motivating household appliances manufacturers to improve energetic efficiency in their products. Considering the domestic line, refrigerators and freezers are responsible for 23% of residential energy consumption in Brazil. One way to improve the energetic efficiency of a domestic refrigerator is to reduce the thermal load applied to it. Following this line, vacuum insulation panels (VIPs) are a promising alternative for thermal insulation since they exhibit a thermal conductivity around five times lower than the conventional polyurethane foams. However, the elevated cost, care on handling, application and storage of VIPs represent limiting factors that restrict their utilization. Thus, establishing the adequate size and placement inside the cabinet constitute requirements to achieve the best cost-benefit ratio while applying that technology. The available studies on the use of VIPs in domestic appliances focus on researching a reduced amount of refrigerators, usually, only numerically. Therefore, the goal of this research is to experimentally characterize the thermal behavior of refrigerated cabinets insulated with vacuum panels using 16 samples with different quantity, position and areas of VIPs inside the cabinet. The samples were submitted to thermal heat leakage and energy consumption tests. As expected, the increase of VIP coverage reduced the energy consumption and the global thermal conductance, although not linearly. Samples with identical VIP coverage areas showed distinct energy consumption and global thermal conductance. One conclusion is that the thermal heat leakage test is not appropriate to characterize refrigerators with heterogeneous thermal insulation walls. That kind of test supposes that the temperatures are not stratified and that the thermal insulation is homogeneous. Due to the difficulty to explain some of the results, they were statistically analyzed. Therefore, the experimental data was correlated in several manners in order to identify the most adequate regions to install the panels. Another conclusion is that the use of VIP on both doors reduces the energy consumption around 6%. The application of VIP on the cabinet's rear wall reduces the energy consumption around 11%, and the installation of VIP on the cabinet's lateral and superior walls decreases the energy consumption around 4%. Finally, the addition of VIP on all these surfaces causes a reduction of 21% on energy consumption. In addition, it was identified that the use of a compressor with lower refrigeration capacity reduces energy consumption on around 4% in samples with a higher thermal insulation degree.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T17:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0