Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T23:48:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257299.pdf: 2673154 bytes, checksum: ab1c3a9446789aeeaf0c5922fd7cddc2 (MD5) / No interior de um compressor hermético, o óleo lubrificante tem por função lubrificar as partes móveis, reduzir o vazamento do gás entre o cilindro e o pistão, prevenir a corrosão e o desgaste das partes metálicas, reduzir o acúmulo de contaminantes, amortecer impactos entre os componentes e controlar o campo de temperaturas do compressor por meio da transferência de calor com o gás, com a carcaça e com os demais componentes internos. No presente trabalho, é apresentada uma metodologia de cálculo para se avaliar a influência do óleo lubrificante na transferência de calor de um compressor hermético alternativo. Em alguns compressores, a existência de um padrão de circulação do lubrificante, promovido por um sistema de bombeamento acoplado ao eixo, proporciona uma remoção do calor dos componentes internos, o qual é rejeitado para o ambiente externo por meio da formação de um filme descendente de óleo junto à parede interna da carcaça. O presente modelo propõe equações para o transporte de calor na forma diferencial unidimensional cuja solução fornece o campo de temperaturas no óleo e na carcaça para uma dada condição de operação do compressor. A fim de validar o modelo numérico proposto, um compressor protótipo foi devidamente instrumentado para fornecer valores de temperatura em diversos pontos da carcaça e da parte interna do compressor para diferentes condições de operação. Os testes foram realizados em uma bancada experimental especialmente adaptada para receber o compressor protótipo. Adicionalmente à análise experimental, um modelo térmico global baseado em balanços de massa e energia na forma integral para os componentes internos do compressor foi adaptado e acoplado ao modelo de transferência de calor no óleo e na carcaça. Este modelo permitiu estimar a influência de diversas variáveis relativas ao escoamento do óleo sobre importantes parâmetros do compressor, como temperatura dos componentes, capacidade de refrigeração e potência consumida. De uma forma geral, observa-se que a temperatura dos componentes internos, da carcaça e do óleo no reservatório (cárter) são, em algumas condições, influenciadas pelo padrão de escoamento do óleo no interior da carcaça de forma significativa. Entretanto, grandezas energéticas e de eficiência são pouco afetadas por parâmetros como a vazão total de óleo bombeada, a vazão de óleo que escoa como um filme na parede da carcaça, o volume de óleo presente no cárter do compressor e a fração de óleo que escoa por sobre os componentes internos do compressor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:44:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244797.pdf: 4988368 bytes, checksum: 153329d7a575fc508d0192b04854f007 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de um conversor CA-CA com tensão eficaz de saída controlada e freqüência constante, destinado à aplicação em eletrodomésticos alimentados em tensões "bi-volt", e que utilizam acionamentos com motor de indução monofásico. Na escolha da topologia, foram levados em conta fatores como a faixa de operação do conversor (tensões de entrada e saída), potência do equipamento, o rendimento, o atendimento às normas de segurança, compatibilidade eletromagnética, qualidade de energia e, principalmente, o custo. Duas topologias de conversores CA-CA indiretos com capacitor de barramento da ordem dos F são escolhidas para um estudo das características peculiares e suas implicações. São analisadas formas adequadas de controlar as estruturas e uma delas é escolhida para implementação de um protótipo a fim de se comprovar os resultados teóricos. Um protótipo com potência de 500W e tensão de saída de 110V para uma carga R-L com fator de deslocamento superior a 0,6 é implementado, sendo alimentado em 110V e 220V. Toda a metodologia para o projeto é apresentada sequencialmente, desde o estágio de potência até os estágios de comando e controle, sendo os resultados experimentais comparados com os resultados teóricos, validando o estudo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:13:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 243823.pdf: 1353828 bytes, checksum: 5ff5a50811bfd7766fe12b7cd89e8006 (MD5) / A alta demanda operacional de turbomáquinas devido ao seu papel motor, seja na geração de energia, transporte de fluidos ou aeronáutica, torna esse tipo de equipamento crítico dos pontos de vista funcional, econômico e, mais recentemente, ambiental. A manutenção, como atividade fundamental do período de vida útil de qualquer equipamento mecânico, elétrico ou eletrônico, é o foco deste trabalho. A adequação dessa atividade, no caso das turbomáquinas e de seus subsistemas auxiliares, à política da manutenção centrada na confiabilidade em geral e à aplicação da manutenção baseada na condição, também conhecida como manutenção preditiva, em específico, é a abordagem principal proposta na implementação de um protótipo de sistema especialista para o apoio à tomada de decisão de manutenção de compressores centrífugos aplicados ao transporte de gás natural. Ferramentas como FMEA e shells, e técnicas de representação de conhecimento de inteligência artificial como ontologias, redes semânticas e regras de produção são apresentadas e utilizadas como ponto de partida para o desenvolvimento de um sistema baseado em conhecimento visando o diagnóstico e o prognóstico de falhas em turbomáquinas por meio do monitoramento on-line da condição e da performance termodinâmica do ponto de operação. O protótipo implementado não chegou a tal nível de desenvolvimento, mas é capaz de demonstrar a aplicabilidade dos métodos expostos e a viabilidade da abordagem proposta para o problema da manutenção de turbomáquinas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:55:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os ensaios de desempenho de compressores possuem grande importância para a indústria. As informações geradas através das medições podem realimentar o desenvolvimento de produto, fornecer parâmetros para ajustes no processo, fornecer informações para dados de catálogos e atestar a conformidade de lotes de produção. Levantamento feito junto à empresa líder mundial na fabricação de compressores mostrou que atualmente várias gerações de bancadas coexistem. Essas bancadas possuem arquiteturas diversas e com diferentes graus de automação. Tais bancadas estão sofrendo forte demanda por parte da área de P&D, onde produtos com características inovadoras requerem dos sistemas a capacidade de medição de mais grandezas e com requisitos cada vez mais exigentes. Para suprir essa demanda, novas técnicas de ensaio serão em breve integradas ao ensaio de compressores, como análise de transitório utilizando inteligência artificial e avaliação de incerteza através do método Monte Carlo. Nesse cenário, coube a este trabalho propor uma arquitetura para o sistema de automação de ensaios de desempenho de compressores que servirá de referência para futuras bancadas. Para alcançar o objetivo, foram estabelecidos os requisitos da aplicação e foi proposta uma arquitetura padronizada, modular, que permite alto grau de automação e de flexibilidade dos ensaios, além de possibilitar que eles sejam realizados com pequenas incertezas nas medições. A comprovação da adequação metrológica da estrutura proposta foi feita através da integração de dois métodos padronizados de avaliação da incerteza: o tradicional, baseado em combinação de incertezas e o numérico Monte Carlo. Os resultados mostram que, na configuração proposta neste trabalho, é possível operar com incertezas de medição bem abaixo das atualmente praticadas na indústria.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:45:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246923.pdf: 3049856 bytes, checksum: 36c10464f0f96078501e736c7525b66e (MD5) / Esta dissertação apresenta estudos e projeto de motores de alta velocidade para aplicação em compressores herméticos. Aspectos gerais sobre sistemas de refrigeração são apresentados. Uma revisão dos principais conceitos relativos ao magnetismo é feita e os mecanismos de perdas em materiais magnéticos abordados. Os resultados da caracterização de alguns materiais, indicados para aplicação em questão, são apresentados. Diferentes tipos de máquinas são considerados durante a escolha da estrutura mais adequada à aplicação. O motor de corrente contínua sem escovas é escolhido por ser relativamente simples de se controlar e fabricar. Aspectos construtivos, como a fragilidade dos ímãs quando submetidos a altas rotações, sugeriu a adoção de uma estrutura com rotor externo. Para o projeto da máquina, um modelo analítico que permite um rápido dimensionamento do motor foi realizado e sua validação comprovada através de simulações numéricas com o método de elementos finitos. Como resultado, apresenta-se um projeto atendendo aos requisitos de desempenho. This work approaches the study and design of high-speed motors for application in hermetic compressors. General issues about cooling systems are presented. A review of the main concepts related to the magnetism theory is presented and the losses functioning highlighted. Some results of material's characterization, indicated for the proposed application, are presented. Different types of machines are considered during the choice of the most appropriated structure to the application. The brushless DC motor is selected because of its relative control and manufacture simplicity. Constructive issues, like the magnets brittleness when they are submitted to high-speed conditions, indicate that an outer-rotor structure should be used. Concerning the machine design, an analytical formulation which allows a fast motor sizing is introduced and its validation is achieved throughout finite element analysis. A motor design, which reaches the performance requirements, is presented as a result.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho apresenta uma análise de dois sistemas de bombeamento de óleo para compressores herméticos alternativos para refrigeração doméstica produzidos pela EMBRACO. O primeiro sistema é baseado em uma bomba espiral, enquanto que o segundo é baseado em uma bomba centrífuga. Ambos os sistemas também possuem um canal de alimentação espiral na parte final do sistema. Nas duas análises, optou-se pela formulação de modelos simplificados para estudar a dinâmica do óleo nos sistemas de bombeamento, uma vez que a utilização exclusiva de programas comerciais de CFD resultaria em custos computacionais proibitivos. Principalmente porque estes modelos de escoamento de óleo devem, futuramente, serem utilizados em conjunto algoritmos de otimização da geometria do sistema de bombeamento. Os sistemas de bombeamento para cada compressor foram divididos em duas partes, a bomba e o canal do eixo, modeladas separadamente. O canal do eixo, de geometria comum aos dois compressores, foi resolvido com base em um modelo diferencial para o escoamento laminar plenamente desenvolvido em um parafuso de extrusão (Campbell et alli, 1992; Li e Hsieh, 1996). Uma formulação semelhante foi proposta para a bomba espiral do compressor. Ambas as formulações foram resolvidas analiticamente a partir da Técnica da Transformação Integral Generalizada (TTIG). A bomba centrífuga foi modelada considerando a existência de um escoamento bifásico em regime estratificado no interior do canal da bomba. O modelo foi resolvido de maneira híbrida, isto é, parte analiticamente e parte numericamente. Nos modelos para os dois sistemas de bombeamento, a vazão de óleo foi calculada a partir de um algoritmo computacional que emprega o método da bisseção para acoplar a vazão de óleo e a queda de pressão na bomba e no canal do eixo, respectivamente. As soluções para o escoamento nos sistemas de bombeamento de óleo foram validadas a partir de dados experimentais obtidos na EMBRACO e de simulações em CFD. Uma vez validados, os modelos foram utilizados em conjunto com programas comerciais de otimização para a obtenção de geometrias que resultassem em um melhor desempenho da vazão de óleo nos dois sistemas de bombeamento. No caso do sistema de bomba espiral, um aumento na vazão de óleo de cerca de 30% foi obtido com a otimização da geometria do sistema de bombeamento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 265982.pdf: 2673154 bytes, checksum: ab1c3a9446789aeeaf0c5922fd7cddc2 (MD5) / No interior de um compressor hermético, o óleo lubrificante tem por função lubrificar as partes móveis, reduzir o vazamento do gás entre o cilindro e o pistão, prevenir a corrosão e o desgaste das partes metálicas, reduzir o acúmulo de contaminantes, amortecer impactos entre os componentes e controlar o campo de temperaturas do compressor por meio da transferência de calor com o gás, com a carcaça e com os demais componentes internos. No presente trabalho, é apresentada uma metodologia de cálculo para se avaliar a influência do óleo lubrificante na transferência de calor de um compressor hermético alternativo. Em alguns compressores, a existência de um padrão de circulação do lubrificante, promovido por um sistema de bombeamento acoplado ao eixo, proporciona uma remoção do calor dos componentes internos, o qual é rejeitado para o ambiente externo por meio da formação de um filme descendente de óleo junto à parede interna da carcaça. O presente modelo propõe equações para o transporte de calor na forma diferencial unidimensional cuja solução fornece o campo de temperaturas no óleo e na carcaça para uma dada condição de operação do compressor. A fim de validar o modelo numérico proposto, um compressor protótipo foi devidamente instrumentado para fornecer valores de temperatura em diversos pontos da carcaça e da parte interna do compressor para diferentes condições de operação. Os testes foram realizados em uma bancada experimental especialmente adaptada para receber o compressor protótipo. Adicionalmente à análise experimental, um modelo térmico global baseado em balanços de massa e energia na forma integral para os componentes internos do compressor foi adaptado e acoplado ao modelo de transferência de calor no óleo e na carcaça. Este modelo permitiu estimar a influência de diversas variáveis relativas ao escoamento do óleo sobre importantes parâmetros do compressor, como temperatura dos componentes, capacidade de refrigeração e potência consumida. De uma forma geral, observa-se que a temperatura dos componentes internos, da carcaça e do óleo no reservatório (cárter) são, em algumas condições, influenciadas pelo padrão de escoamento do óleo no interior da carcaça de forma significativa. Entretanto, grandezas energéticas e de eficiência são pouco afetadas por parâmetros como a vazão total de óleo bombeada, a vazão de óleo que escoa como um filme na parede da carcaça, o volume de óleo presente no cárter do compressor e a fração de óleo que escoa por sobre os componentes internos do compressor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T00:01:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266112.pdf: 23801796 bytes, checksum: 93ff8b0f82d257aae07ba24e8ee3e701 (MD5) / A eficiência de compressores alternativos de refrigeração é bastante afetada pelo superaquecimento do fluido refrigerante, causada principalmente pela transferência de calor no sistema de sucção. Diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos ao longo dos anos, a fim de proporcionar um melhor entendimento da dinâmica da transferência de calor no interior do compressor e propor alternativas para a redução do superaquecimento. Porém, geralmente as análises são realizadas com base em medições de temperatura no fluido refrigerante e nos componentes do compressor, com a transferência de calor sendo estimada via balanço de energia. O objetivo principal do presente trabalho é o desenvolvimento de um procedimento experimental para a medição direta do fluxo de calor, inexistente ainda para componentes do compressor, validada a partir de balanços de energia. A partir dessas medições, estimativas de coeficientes locais de transferência de calor foram também obtidas, permitindo interpretar os modos de transferência de calor e a interação térmica entre diversas regiões do compressor. Além desta contribuição, o trabalho analisa o efeito de alguns parâmetros sobre a transferência de calor, tais como temperaturas de evaporação e de condensação, condição de transiente térmico do compressor e escoamento de óleo lubrificante sobre a superfície interna da carcaça. Observou-se que os coeficientes locais de transferência de calor nos componentes do compressor são praticamente independentes das temperaturas de evaporação e de condensação e que os fluxos de calor nesses componentes praticamente mantêm a mesma distribuição proporcional do calor total trocado. As medições permitiram também concluir que o escoamento de óleo lubrificante na superfície interna da carcaça aumenta consideravelmente a rejeição de calor do compressor para o ambiente externo e, além disto, afeta de forma significativa a interação térmica entre componentes do compressor. A investigação do regime transiente térmico do compressor revelou diferentes escalas de tempo para os componentes. Finalmente, detectou-se que, apesar da grande movimentação de óleo e gás no interior do compressor, a troca de calor por radiação é expressiva em alguns de seus componentes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 254671.pdf: 4740515 bytes, checksum: 17b0710e81dd2bb6033492b23d34bec8 (MD5) / Compressores centrífugos são usados para a compressão de gases em muitas aplicações de engenharia. Em refrigeração, esse tipo de compressor oferece várias vantagens, tais como tamanho compacto, eficiência em diferentes velocidades de operação e níveis de vibração e ruído baixos, que justificam o seu emprego em detrimento de compressores de deslocamento positivo. No entanto, a grande dificuldade para a aplicação de compressores centrífugos em baixas capacidades de refrigeração se deve à necessidade de sua operação em níveis de rotação extremamente elevados. Apesar disto, a recente disponibilidade de motores elétricos de alta velocidade e de outras tecnologias, tais como mancais magnéticos, tem despertado a atenção para o desenvolvimento de compressores centrífugos mesmo para capacidades baixas. O objetivo central deste trabalho é a análise do desempenho de compressores centrífugos em baixas capacidades de refrigeração, na faixa de 0,2 a 17 kW, considerando diferentes fluidos refrigerantes e com temperaturas de evaporação variando entre -23,3ºC a 7,2ºC. Para cumprir este objetivo, um modelo termodinâmico integral foi desenvolvido e empregado em conjunto com uma metodologia de otimização, para o projeto preliminar e avaliação do desempenho do compressor centrífugo. O desempenho obtido para o compressor centrífugo é então comparado com aqueles de três tipos de compressos de deslocamento positivo, representados pelos compressores alternativo, de pistão rolante e de espiras (scroll). Com base nessas comparações, conclui-se que o compressor centrífugo é uma opção viável, do ponto de vista de eficiência termodinâmica, na condição HBP (High Back Pressure). Devido à geometria complexa do compressor centrífugo, um modelo diferencial tridimensional foi também empregado para a simulação e análise numérica do escoamento, em uma das geometrias previamente otimizadas com a formulação integral. Resultados para os campos de velocidade, pressão e grandezas turbulentas são apresentados para permitir o entendimento da influência de diferentes configurações geométricas sobre o processo de compressão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2008 / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:48:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250352.pdf: 2114778 bytes, checksum: 15a3ecb835abeb2dfe680ff279405adf (MD5) / Para acompanhar a evolução dos sistemas de refrigeração são necessários métodos adequados de avaliação de produto. Dentre os ensaios executados com compressores herméticos para refrigeração, têm com grande importância os ensaios de desempenho. Cuja principal finalidade é estabelecer a capacidade de refrigeração, o consumo de potência ativa do compressor e o coeficiente de performance (COP). Tais ensaios são executados com elevada freqüência dentro de uma indústria de compressores. O tempo demandado e o alto investimento exigido são dois grandes problemas inerentes a esses ensaios. O comportamento das variáveis de ensaio pode ser dividido em dois momentos distintos: transitório - aquele no qual os valores das grandezas variam com grande amplitude; regime permanente - aquele no qual os valores das grandezas se confinam em faixas estabelecidas por normas ou procedimentos específicos. É nesse segundo momento - o regime permanente - que devem ser realizadas as medições de desempenho do compressor. Esta dissertação propõe a redução do tempo demandado por esses ensaios, através do emprego de redes neurais artificiais. Dois caminhos foram explorados com sucesso: identificação do instante em que condições de regime são atingidas; inferência de valores de regime a partir de dados do transitório. O primeiro é uma proposta inédita e o segundo uma continuação do trabalho realizado anteriormente. A proposta de emprego de redes neurais foi decorrente da complexidade da análise dos dados de ensaio e a ausência de regras explícitas tanto identificação do instante de entrada em regime quanto para avaliação das variáveis em regime transitório. São descritos no decorrer do trabalho: escolha das variáveis; treinamento, definição e avaliação dos sistemas neurais desenvolvidos. A redução obtida no tempo médio de ensaio foi significativa sem comprometer a confiabilidade dos resultados, abrindo novos caminhos para o emprego de recursos de inteligência artificial em ensaios de compressores.