This thesis involves the development and study of a finite element model of a hermetic, single-vane compressor and a single-phase alternating current induction motor assembled in a common housing. The manufacturer of this unit is experiencing a high scrap rate due to interference during operation between the stator and rotor of the motor. The rotor shaft of the motor is non-typical because of its cantilever design. The finite element model was first subjected to eigenvalue analysis. This revealed that the interference producing displacements were not the result of torque application to the rotor at a frequency close to an eigenvalue of the mechanical system. After a review of the literature and discussions with Electrical Engineering Department faculty possessing extensive motor experience, it was surmised that the physical phenomenon causing the rotor displacement was unbalanced magnetic pull. This phenomenon occurs in the air gap of rotating electric machines due to eccentricity in the air gap. The model was then subjected to simultaneous harmonic force inputs with magnitudes of unity on the rotor and stator surfaces to simulate the presence of unbalanced magnetic pull. It was found that the rotor shaft acts as a cantilever beam while the stator and housing are essentially rigid. The displacements due to these forces were examined and then scaled to develop the motor parameters necessary to produce the radial forces required for stator/rotor interference. Several recommendations were then made regarding possible solutions to the interference problem. / Master of Science

Orientador: José Luiz Gasche / Resumo: A maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor utiliza compressores alternativos, considerados mecanismos importantes na era moderna. O ciclo de operação de um compressor alternativo é descrito por uma série de fenômenos complexos ocorrendo em um curto período de tempo. Dentre os fatores considerados importantes para e ciência termodinâmica dos compressores, destacam-se as válvulas que controlam os processos de sucção e de descarga, que são responsáveis por grandes perdas termodinâmicas no ciclo. Parte das perdas ocorre no sistema de válvulas, particularmente na válvula de sucção, onde as instabilidades do seu movimento reduzem a e ciência do processo de sucção. Como uma forma de reduzir os problemas gerados pelas instabilidades no funcionamento da válvula de sucção, propomos a utilização de um esbarro para limitar a abertura máxima da válvula, reduzindo sua instabilidade e aumentando a e ciência do compressor. Mostramos experimentalmente que existe uma posição de equilíbrio que mantém a válvula aberta sem instabilidades e que esta posição varia, aproximadamente, linearmente com o número de Reynolds. / Mestre

Submitted by Milton César Cavalheiro Júnior null (milton91250@aluno.feis.unesp.br) on 2017-09-19T17:15:20Z No. of bitstreams: 1 Milton Cavalheiro_dissertação.pdf: 3390678 bytes, checksum: e1e260699364a1cffc56693cd85d631c (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-20T16:44:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cavalheirojunior_mc_me_ilha.pdf: 3390678 bytes, checksum: e1e260699364a1cffc56693cd85d631c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-20T16:44:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cavalheirojunior_mc_me_ilha.pdf: 3390678 bytes, checksum: e1e260699364a1cffc56693cd85d631c (MD5) Previous issue date: 2017-07-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor utiliza compressores alternativos, considerados mecanismos importantes na era moderna. O ciclo de operação de um compressor alternativo é descrito por uma série de fenômenos complexos ocorrendo em um curto período de tempo. Dentre os fatores considerados importantes para e ciência termodinâmica dos compressores, destacam-se as válvulas que controlam os processos de sucção e de descarga, que são responsáveis por grandes perdas termodinâmicas no ciclo. Parte das perdas ocorre no sistema de válvulas, particularmente na válvula de sucção, onde as instabilidades do seu movimento reduzem a e ciência do processo de sucção. Como uma forma de reduzir os problemas gerados pelas instabilidades no funcionamento da válvula de sucção, propomos a utilização de um esbarro para limitar a abertura máxima da válvula, reduzindo sua instabilidade e aumentando a e ciência do compressor. Mostramos experimentalmente que existe uma posição de equilíbrio que mantém a válvula aberta sem instabilidades e que esta posição varia, aproximadamente, linearmente com o número de Reynolds. / Most of the vapor refrigeration systems use reciprocating compressors, which are considered important mechanisms in the modern era. The cycle of operation of a reciprocating compressor is described by a series of complex phenomena ocurring in a short period of time. Among the factors considered important for the thermodynamic efficiency of compressors are the valves that control the suction and discharge processes, which are responsible for large cycle thermodynamic losses. Part of that losses occurs in the valves system, particularly in the suction valve, where the movement instabilities reduce the efficiency of the suction process. In order to reduce the instabilities of the suction valve, we propose the use of a stop to limit the maximum aperture of the valve, reducing its instabilities and increasing the compressor efficiency. We show experimentally that does exist an static equilibrium position in which the valve remains opened without oscillation and that position varies almost linearly through the Reynolds number.

Submitted by André Luís Severino Abrego (andre-luis-severino@hotmail.com) on 2018-04-16T18:14:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertation_Andre.pdf: 17535518 bytes, checksum: cb53444410befce5cbc54c52ebcb1a5d (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-16T19:13:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 abrego_als_me_ilha.pdf: 17535518 bytes, checksum: cb53444410befce5cbc54c52ebcb1a5d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-16T19:13:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 abrego_als_me_ilha.pdf: 17535518 bytes, checksum: cb53444410befce5cbc54c52ebcb1a5d (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor de uso doméstico utilizam compressores alternativos com válvulas automáticas do tipo palheta para controlar os processos de sucção e descarga do fluido refrigerante. O ciclo de operação dessas válvulas é descrito por uma série de fenômenos complexos que ocorrem em um curto período de tempo. Grande parte das perdas responsáveis pela redução da eficiência do compressor é devido aos fenômenos físicos que ocorrem nessas válvulas, predominantemente devido a interação fluido-estrutura. Assim, o estudo dessa dinâmica é essencial quando o objetivo é aumentar a eficiência do compressor. Estudar o problema usando técnicas da Mecânica dos Fluidos Computacional permite encontrar solução de forma relativamente rápida. Porém, desenvolver uma metodologia confiável exige o estudo detalhado de vários aspectos que podem influenciar os resultados e, principalmente, exige a validação experimental. Neste trabalho, propomos avaliar alguns desses aspectos para verificar suas influências na validação da metodologia por meio de dados experimentais. Para isso, uma modelo de válvula tipo palheta em escala ampliada, muito usado como válvula de sucção, é testado experimentalmente e os resultados são usados para validar a metodologia numérica aplicada. A solução numérica do problema é realizada usando o código Ansys® CFX para a solução do escoamento do fluido e o código Ansys® Mechanical para a solução do problema estrutural da válvula. A solução do problema de interação fluido-estrutura é obtida usando uma metodologia particionada, na qual a discretização e a solução do problema nos domínios do sólido e do fluido são realizadas separadamente. Dados do deslocamento instantâneo da válvula são usados para estudar a influência de vários parâmetros adotados na solução numérica do problema. Os resultados mostram que o fator normal de rigidez, a força de pré-carga, a força de gravidade e a condição de contorno usada na solução do problema da estrutura, influenciam na solução do problema. / Most domestic vapor compressor refrigeration systems use reciprocating compressors with automatic reed type valves to control the suction and discharge processes of the refrigerant fluid. The operating cycle of these valves is described by a series of complex phenomena that occur in a short period of time. Most of the losses responsible for reducing the efficiency of the compressor are due to physical phenomena occurring in these valves, mainly due to the fluid-structure interaction. To study this problem is essential to improve the efficiency of the compressor. Performing this study by using Computational Fluid Dynamic methodologies allows relative fast solution of the problem. However, developing a reliable methodology requires detail study of several aspects that can influence the results and, mainly, requires the experimental validation. In this work, we propose to evaluate some of these aspects to verify their influence in the validation process of the numerical methodology through experimental data. Here, we experimentally test a large scale model of a reed type valve usually used as suction valve and the results are used to validate the numerical methodology. The numerical solution is obtained by using the Ansys® CFX code to solve the fluid flow and the Ansys® Mechanical code to solve the structural problem of the valve. In this methodology, we solve the fluid-structure interaction by using a segregated method in which the discretization and the solution of the problem in the solid and fluid domains are performed separately. Data for the instantaneous displacement of the valve are used to analyze the influence of several parameters applied to solve the problem. The results show that the stiffness normal factor, the preload force, the gravity force, and the boundary condition used to solve the structure of the valve, influence the numerical solution of the problem. / CNPq: 131150/2015-4.

Orientador: José Luiz Gasche / Resumo: A maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor de uso doméstico utilizam compressores alternativos com válvulas automáticas do tipo palheta para controlar os processos de sucção e descarga do fluido refrigerante. O ciclo de operação dessas válvulas é descrito por uma série de fenômenos complexos que ocorrem em um curto período de tempo. Grande parte das perdas responsáveis pela redução da eficiência do compressor é devido aos fenômenos físicos que ocorrem nessas válvulas, predominantemente devido a interação fluido-estrutura. Assim, o estudo dessa dinâmica é essencial quando o objetivo é aumentar a eficiência do compressor. Estudar o problema usando técnicas da Mecânica dos Fluidos Computacional permite encontrar solução de forma relativamente rápida. Porém, desenvolver uma metodologia confiável exige o estudo detalhado de vários aspectos que podem influenciar os resultados e, principalmente, exige a validação experimental. Neste trabalho, propomos avaliar alguns desses aspectos para verificar suas influências na validação da metodologia por meio de dados experimentais. Para isso, uma modelo de válvula tipo palheta em escala ampliada, muito usado como válvula de sucção, é testado experimentalmente e os resultados são usados para validar a metodologia numérica aplicada. A solução numérica do problema é realizada usando o código Ansys® CFX para a solução do escoamento do fluido e o código Ansys® Mechanical para a solução do problema estrutural da válvula. A solu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Most domestic vapor compressor refrigeration systems use reciprocating compressors with automatic reed type valves to control the suction and discharge processes of the refrigerant fluid. The operating cycle of these valves is described by a series of complex phenomena that occur in a short period of time. Most of the losses responsible for reducing the efficiency of the compressor are due to physical phenomena occurring in these valves, mainly due to the fluid-structure interaction. To study this problem is essential to improve the efficiency of the compressor. Performing this study by using Computational Fluid Dynamic methodologies allows relative fast solution of the problem. However, developing a reliable methodology requires detail study of several aspects that can influence the results and, mainly, requires the experimental validation. In this work, we propose to evaluate some of these aspects to verify their influence in the validation process of the numerical methodology through experimental data. Here, we experimentally test a large scale model of a reed type valve usually used as suction valve and the results are used to validate the numerical methodology. The numerical solution is obtained by using the Ansys® CFX code to solve the fluid flow and the Ansys® Mechanical code to solve the structural problem of the valve. In this methodology, we solve the fluid-structure interaction by using a segregated method in which the discretization and the solution of the problem... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre