Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T08:21:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262297.pdf: 1192515 bytes, checksum: d2f00de26c2b2491defe2d4d210c4212 (MD5) / Esta dissertação trata da solução do sistema dinâmico mancalizado de um compressor alternativo. O sistema é composto por eixo, biela e pistão, sustentados por mancais hidrodinâmicos. Sendo assim, o sistema é passível a desalinhamentos e deflexões, resultando em perdas mecânicas e termodinâmicas. Modelos de dinâmica foram estudados e comparados, bem como os modelos de mancalização. A resolução do problema de mancalização baseia-se na obtenção do campo de pressão a partir da Equação de Reynolds para lubrificação, tendo como volumes finitos a metodologia de solução. Tanto modelos de mancal curto como de mancal finito foram adotados neste trabalho, verificando-se vantagens e desvantagens associadas à utilização de ambos modelos. Na dinâmica do mecanismo foi incorporada a deflexão da biela e a sua influência no sistema foi analisada. Os resultados permitiram uma compreensão melhor do mecanismo de compressão. O comportamento dinâmico é apresentado através das órbitas dos mancais, das potências dissipadas e dos efeitos de flexão e de desalinhamento. Verificou-se a importância da análise do sistema em conjunto e de como os movimentos secundários das partes móveis pode afetar o ciclo de compressão que, por sua vez, afeta as eficiências termodinâmica e mecânica do compressor.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2007. / Submitted by Luanna Maia (luanna@bce.unb.br) on 2009-03-06T14:13:05Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Leandro Joffily.pdf: 5652934 bytes, checksum: e670dfb33127ebf7c93edb9d4820b48c (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2009-03-06T16:08:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Leandro Joffily.pdf: 5652934 bytes, checksum: e670dfb33127ebf7c93edb9d4820b48c (MD5) / Made available in DSpace on 2009-03-06T16:08:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Leandro Joffily.pdf: 5652934 bytes, checksum: e670dfb33127ebf7c93edb9d4820b48c (MD5) / O presente trabalho tem como finalidade a avaliação de uma metodologia de testes de caracterização de desempenho de compressores, de ar condicionado e refrigeradores. Essa metodologia visa reduzir o tempo para a realização de testes de desempenho e reduzir o consumo de energia para esse mesmo fim. Para a consolidação dessa metodologia, foi construída uma bancada didática e utilizado um modelo computacional, a fim de obter resultados que validem os obtidos aqueles experimentais. A bancada de testes tem configuração física diferente dos ciclos de compressão a vapor. Na bancada, o refrigerante é trabalhado apenas na região de vapor superaquecido. Para alcançar esse objetivo, a bancada é composta por um compressor seguido de um dispositivo de expansão e, posteriormente, um trocador de calor responsável pelo dessuperaquecimento do refrigerante. Uma segunda opção de montagem da bancada é a troca de posição entre o dispositivo de expansão e o trocador de calor, dessa forma o dessuperaquecimento do refrigerante é feito antes de sua expansão. Finalmente, a utilização da combinação entre a primeira e a segunda opção de montagem pode ser utilizada. Nesse caso, o refrigerante sofrerá um pequeno dessuperaquecimento seguido de uma expansão, voltando a ser dessuperaquecido após o dispositivo de expansão. Essa gama de opções é utilizada com a finalidade de ampliar a faixa de testes, já que cada configuração apresenta uma limitação específica. Para um refinamento ainda maior dos resultados uma câmara calorimétrica é montada ao redor do compressor. Os ensaios realizados na bancada mostraram que a metodologia apresenta resultados satisfatórios. A operação da bancada é simples e eficiente, fato comprovado pelos 85% dos ensaios realizados estarem dentro da faixa de operação do compressor e esses ensaios cobrirem 55% da área de operação do mesmo. A agilidade de alterações de condições de ensaio é notória, pois o tempo médio de alteração de condições de operação foi de 30 minutos. Além disso, os resultados aproximaram-se dos dados indicados no catálogo do compressor testado. ___________________________________________________________________ ABSTRACT / The concern with the energy crisis worldwide, which is assessed a methodology for the characterization tests the performance of compressors, air conditioners and refrigerators. This approach aims to reduce the time for the testing of performance and reduce the consumption of energy to the same end. To consolidate this methodology, was built a didactic workbench, along with a computational model in order to obtain results that validate those obtained experimentally. The bench tests have different physical configuration of the steam cycles of compression. At the workbench, the refrigerant is working only in the region of steam overheated. To achieve this goal, the workbench is composed of a compressor followed by a device for expansion and, subsequently, a heat exchanger unoverheated responsible for the coolant. A second option for assembly of the stand is the exchange of position between the device and the expansion of the heat exchanger, so the unoverheated the coolant is done before its expansion. Finally, the use of the combination between the first and the second option of mounting can be used, so the coolant will suffer a small unoverheated followed by an expansion, returning to unoverheated after the device for expansion. This range of options is used for the purpose of broadening the range of tests, as each configuration provides a specific limitation. For an even greater refinement of the results calorimetric chamber mounted around the compressor. Tests conducted in workbench showed that the methodology gives satisfactory results. The operation of the stand is simple and efficient. This fact is evidenced by the 85% of the tests were within the range of operation of the compressor and these tests cover 55% of the area of operation of the same. The speed of change of a test is notorious because the average time for changes to conditions of operation was 30 minutes. In addition, the results are closer to the data listed in the catalog of compressor tested.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:33:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 324688.pdf: 4222954 bytes, checksum: c728756e149719589b936145d592119e (MD5) Previous issue date: 2013 / O desempenho de um compressor é afetado por ineficiências elétricas, mecânicas e termodinâmicas. As perdas elétricas estão associadas ao motor elétrico e ao dispositivo de partida do compressor, enquanto que as perdas mecânicas ocorrem devido ao atrito em mancais e ao bombeamento de óleo. As ineficiências termodinâmicas ocorrem nos processos de compressão, expansão, sucção e descarga, originadas por transferência de calor, vazamentos, dinâmica de válvulas, entre outros aspectos. A presente dissertação aborda o desenvolvimento e a validação de um modelo para a previsão numérica do desempenho de compressores rotativos de pistão rolante comumente utilizados em condicionadores de ar. Dados de entrada importantes do modelo foram obtidos experimentalmente, tais como folgas entre componentes móveis, rigidez e frequência natural da válvula de descarga e eficiência do motor elétrico. Visando a acurácia do modelo, áreas efetivas de escoamento e de força associadas aos processos de sucção e descarga foram determinadas através de simulações numéricas do escoamento, incluindo a influência da posição do pistão rolante. Com auxílio de uma bancada, dados experimentais foram obtidos para o diagrama p-V, bem como para eficiências volumétrica e isentrópica. Resultados numéricos foram comparados com dados experimentais e apresentaram concordância satisfatória em diferentes condições de operação, representadas por pares de temperatura de evaporação e condensação, validando o modelo desenvolvido. <br> / Abstract : The performance of a compressor is affected by electrical, mechanical and thermodynamic inefficiencies. Electrical losses occur in the electric motor, while mechanical losses are due to friction in the bearings and oil pumping. Thermodynamic inefficiencies take place in the compression, expansion, suction and discharge processes and are associated with heat transfer, gas leakage, valve dynamics, among other aspects. The present thesis describes the development and validation of a numerical model for predicting the performance of rolling piston compressors commonly used in air conditioners. Relevant input data required by the model, such as clearances between moving parts, valve stiffness and natural frequency and electric motor efficiency, were obtained experimentally. Correlations for effective flow and force areas associated with the suction and discharge processes were derived from flow simulations, including the influence of the rolling piston. Experimental data for p-V diagram, as well as for compressor isentropic and volumetric efficiencies, were obtained in a calorimeter. Numerical predictions were compared with experimental data and showed good agreement in different operating conditions, represented by pairs of evaporating and condensing temperatures, validating the model developed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:52:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331434.pdf: 3974310 bytes, checksum: 6207456e06af869ba4be0d294e17953b (MD5) Previous issue date: 2014 / O superaquecimento do fluido refrigerante no processo de sucção reduz as eficiências volumétrica e isentrópica de compressores recíprocos usados em sistemas de refrigeração. A presente dissertação considera a modelação térmica de um compressor recíproco operando sem óleo lubrificante. O método de volumes finitos foi adotado para a solução da condução de calor nos componentes sólidos e do escoamento de fluido refrigerante no interior da carcaça. A fim de reduzir o custo computacional, o ciclo de compressão no interior do cilindro foi modelado com uma formulação integral transiente, mas de forma acoplada ao restante do domínio de solução. O modelo desenvolvido foi adotado para a previsão dos campos de velocidade e temperatura, bem como do fluxo de calor em diferentes regiões do compressor. Em termos da distribuição de temperatura, diferenças pontuais entre resultados numéricos e experimentais foram observadas para os sólidos e para o gás, sendo levantadas hipóteses para justificá-las. Apesar disso, o modelo forneceu previsões em boa concordância com as medições em quatro diferentes condições de operação, especialmente em relação ao superaquecimento do gás de sucção e a parâmetros de eficiência do compressor. Uma vez que não necessita de calibração experimental, o modelo desenvolvido é particularmente útil no projeto de compressores.<br> / Abstract : Suction superheating acts to reduce the volumetric and isentropic efficiencies of small reciprocating compressors adopted for household refrigeration. This dissertation considers the thermal modeling of an oil-free linear compressor. The finite volume method was adopted for the solution of both the heat conduction in solids components and the flow of refrigerant inside the compressor shell. In order to reduce the computational cost, the compression cycle inside the cylinder was modeled via a transient lumped formulation, but in a coupled manner with the model for the remainder of the solution domain. The developed model was adopted to predict the velocity and temperature fields and heat flux in different regions of the compressor. In terms of temperature distribution, some difference between numerical and experimental results was observed in specific regions of solid components and gas. Nevertheless, the model presented was able to predict estimates in good agreement with measurements, especially for gas suction superheating and efficiency parameters, in four different operating conditions. The model does not require experimental calibration, being particularly useful in compressor design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:02:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329957.pdf: 24366066 bytes, checksum: 4b7b74ee0a4bf178dbdd183a0ee64a12 (MD5) Previous issue date: 2014 / Na maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor, principalmente onde o controle da capacidade é efetuado pela ciclagem do compressor hermético, óleo lubrificante é necessário no compressor. Durante os períodos de repouso, refrigerante proveniente das partes de alta pressão é absorvido pelo óleo do cárter. Com a partida do motor elétrico e a rápida despressurização do ambiente interno do compressor, a mistura óleo-refrigerante no cárter se torna super-saturada, o que ocasiona o desprendimento do refrigerante por cavitação e a formação de espuma. A entrada de líquido da espuma na câmara de compressão deve ser evitada para não por em risco a integridade do sistema de válvulas e minimizar o transporte indesejável de óleo do cárter para os outros componentes do ciclo. Nesta dissertação é realizada uma avaliação experimental do desprendimento de refrigerante levando à formação de espuma em misturas de óleo poliol éster ISO 10 e refrigerantes 134a e 1234yf sob condições controladas. Uma bancada experimental foi projetada e construída para permitir a medição da taxa de despressurização, altura da camada de espuma e fluxo de massa resultante da expansão do gás e da dessorção do refrigerante a partir da mistura super-saturada. Dados quantitativos subsidiados por sequências de imagens a alta velocidade permitiram a identificação dos principais mecanismos físicos associados a esse problema. Os resultados experimentais foram explorados em função das condições dos testes (temperatura e fração mássica inicial), mostrando que existem dois regimes característicos para esse fenômeno: uma etapa de crescimento seguida de uma etapa de drenagem, e que a altura da camada de espuma é inversamente proporcional à temperatura. Um modelo matemático integral foi proposto e validado a partir de dados experimentais, apresentando boa concordância (desvios inferiores a 20 %) quando os parâmetros empíricos foram ajustados especificamente para cada condição experimental.<br> / Abstract : In most vapor compression refrigeration systems, specially those in which the cooling capacity is controlled by the cycling of the hermetic compressor, lubricating oil is necessary in the compressor. While the compressor is off, refrigerant coming from high-pressure parts is absorbed by the oil present in the sump. As the electric motor starts up, the crankcase pressure rapidly decreases, and the oil-refrigerant mixture in the sump becomes supersaturated, which causes refrigerant desorption, bubble cavitation and foam formation. The inflow of liquid from the foam into the compression chamber must be avoided to preserve the integrity of valve system and minimize the undesirable transport of oil from the sump to other parts of the system. In this study, an experimental evaluation of refrigerant desorption and foam formation in mixtures of polyol ester oil and refrigerants 134a and 1234yf under controlled conditions is carried out. An experimental facility was designed and built to allow measurement of depressurization rate, foam height and mass flux due to gas expansion and refrigerant desorption from the supersaturated mixture. Quantitative data, together with high-speed video analysis, allowed identification of the main physical mechanisms associated to this problem. Experimental results as a function of time were explored relative to test conditions (temperature and initial mass fraction), showing that there are two characteristic regimes for this phenomenon: a growth stage followed by a drainage stage, and that foam height is inversely proportional to temperature. An integral mathematical model was proposed and validated with experimental data, showing good agreement (deviations smaller than 20 %) when the empirical parameters were adjusted specifically for each experimental condition.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:07:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328468.pdf: 2601802 bytes, checksum: 3cfa9f45165a66c73fb64c996a79fb22 (MD5) Previous issue date: 2014 / Compressores lineares apresentam baixos carregamentos transversais no pistão, possibilitando a utilização do próprio fluido refrigerante para formar um mancal aerostático na folga pistão-cilindro. Ao passo que esse arranjo reduz o efeito de fricção no mancal, o escoamento de gás na folga pistão-cilindro gera perdas que reduzem a eficiência do compressor. A presente dissertação apresenta um modelo desenvolvido para avaliar essas perdas e seus efeitos sobre as eficiências volumétrica e isentrópica de um compressor linear operando sem óleo lubrificante. A simulação do escoamento transiente na folga é realizada com um código comercial baseado no método de volumes finitos, enquanto que o ciclo de compressão no cilindro é simulado com um modelo de formulação integral. De modo a evidenciar as perdas geradas no mancal aerostático, o modelo desconsidera ineficiências associadas aos processos de sucção e descarga, bem como ao superaquecimento do gás no cilindro. O fenômeno foi investigado para diferentes parâmetros de projeto, assumindo que o pistão e cilindro se mantém concêntricos durante o ciclo de compressão. Verificou-se um decréscimo na eficiência do compressor com os aumentos da espessura da folga e da razão de compressão, mas o efeito oposto foi observado com o aumento da velocidade de operação.<br> / Abstract : The piston of linear compressors experience low transversal loads and the refrigerant gas in the piston-cylinder clearance can be used to form an aerostatic bearing. Despite the reduction of friction in the bearing, the gas flow in the piston-cylinder clearance generates losses that decrease the compressor efficiency. The present dissertation reports a model developed to evaluate such losses and their effects on the volumetric and isentropic efficiencies for an oil-free linear compressor. The transient flow in the gap is simulated with a commercial code based on the finite volume method, whereas the compression cycle in the cylinder is characterized via a lumped model. The attention is focused on the flow losses and other inefficiencies, associated with gas superheating inside the cylinder and with suction and discharge processes, are not included in the analysis. Different design parameters were considered in the analysis and the cylinder and the piston are assumed to be concentric during the compression cycle. It was found that the compressor efficiency is reduced when the clearance dimension and pressure ratio are increased, but the opposite effect was observed in relation to the operation speed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T15:54:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82013.pdf: 5297794 bytes, checksum: 355be1bdd42a285bd6beb2506cfc56f4 (MD5) Previous issue date: 1988 / No presente trabalho investiga-se numericamente, com validação experimental, a trasferência de calor em válvulas de compressores para um escoamento laminar e incompressível. A influência da vazão e do afastamento entre o assento e a palheta sobre o número de Nusselt e a temperatura de mistura é analisada parametricamente. A validação experimental é obtida através da técnica de sublimação do naftaleno. Em geral a concordância entre experimento e computação é boa. No entanto, para cada afastamento investigado, existe uma vazão a partir da qual os resultados experimentais se afastam dos resultados numéricos correspondentes, sugerindo o aparecimento de instabilidades hidrodinâmicas. Em geral, a transferência de calor aumenta com o aumento da vazão e com a diminuição do afastamento entre o assento e a palheta. Para pequenos afastamentos a temperatura do fluído na saída da válvula é bem próxima da temperatura da parede aquecida. Tal fato é patirculamente mais acentuado para baixas vazões.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284638.pdf: 7449927 bytes, checksum: 4f8c5f93c7c2dfcd4bef6be0252663fd (MD5) / Nos estudos realizados na área de ensaios de compressores, pouco foi explorado até então no que concerne aos ensaios em condições extremas de operação. Neles, avaliam-se diversas variáveis do compressor - como torque, frequência rotacional, corrente de alimentação e temperatura do enrolamento do motor - operando sob condições adversas, como elevadas pressões de sucção e descarga, tensão diferente da nominal, dentre outras. Ao contrário dos ensaios de desempenho, nos quais as variáveis de interesse são controladas em valores estáticos, as grandezas nos ensaios em condições extremas assumem comportamentos transitórios. Visitas à empresa líder mundial no mercado de compressores herméticos evidenciaram que grande parte das bancadas empregadas nesses ensaios são de extremo baixo nível de automação, o que gera elevadas incertezas nos resultados e longos tempos de execução. A necessidade de ensaios rápidos, com boa repetitividade e baixa incerteza de medição, força a sua automação. Este trabalho apresenta soluções para a automação de ensaios de compressores operando sob condições extremas, apontando os sistemas de medição, atuadores e técnicas de controle e de processamento de sinais disponíveis. Foi realizada a automação de uma bancada de ensaios de partida e de tombamento de compressores, que são exemplos de ensaios em condições extremas. A escolha da bancada se deu pela importância fundamental desses ensaios, que estabelecem condições limites que o compressor suportará quando aplicado em um sistema de refrigeração. Como resultado, obteve-se uma bancada protótipo capaz de executar tais ensaios de forma automatizada - sem intervenção do operador. São apresentados resultados de ensaios, realizados com compressores de tamanhos distintos, que mostram que a automação trouxe ganhos significativos, metrológicos e operacionais, à bancada.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-21T15:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e avaliação de um sistema óptico destinado a mensurar os seis graus de liberdade de vibrações encontradas em sistemas mecânicos, compreendendo a medição de três componentes de deslocamento e três rotações simultaneamente. A principal motivação para o desenvolvimento deste trabalho é a realização da avaliação dos movimentos provenientes do sistema moto-compressor de compressores herméticos. Estes resultados serão usados para aprimorar o desenho de componentes de compressores herméticos. O princípio de funcionamento do sistema óptico se baseia na captura de uma seqüência de imagens digitais, de pontos luminosos fixados no mensurando. Como os pontos são observados por dois sistemas de captura que estão posicionados em ângulos de observação distintos, é possível calcular as coordenadas 3D dos pontos medidos e reconstruir computacionalmente a trajetória tridimensional do mensurando. A avaliação metrológica do sistema de medição é apresentada, descrevendo a realização de sua calibração através de padrões. Os resultados gerados são bastante positivos, indicando que este novo sistema de medição pode ser potencialmente aplicável nas indústrias.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Gradução em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T16:48:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho trata da modelação do movimento de válvulas do tipo palheta em compressores alternativos de refrigeração. Em um compressor hermético, a pressão dentro do cilindro muda conforme a posição do pistão. Esta pressão originada pelo gás refrigerante em compressão e em expansão, alternadamente, atua sobre as válvulas de sucção e descarga gerando os movimentos de abertura e fechamento das mesmas. No projeto de um sistema de válvulas em compressores alternativos, quatro principais características são almejadas com relação ao desempenho das válvulas: resposta rápida, vazão elevada, pequena queda de pressão, e boa eficiência na restrição ao refluxo do gás. Para satisfazer o alto desempenho das válvulas, essencial em um compressor competitivo, o conhecimento detalhado do escoamento através das mesmas, assim como do seu comportamento dinâmico, se faz necessário. A tese considera o desenvolvimento de um modelo computacional para a análise do comportamento dinâmico da válvula de descarga. Inicialmente, utiliza-se uma geometria axissimétrica para válvula de descarga, permitindo que o modelo para o escoamento seja bidimensional. Em seguida, uma formulação tridimensional em coordenadas cilíndricas é proposta. Por último, o modelo bidimensional é alterado para incluir a região do cilindro no domínio de solução. As equações resolvidas no trabalho consideraram o regime turbulento e a compressibilidade do gás. Para a dinâmica da palheta adota-se um modelo de um grau de liberdade, e uma metodologia de volumes finitos é empregada para obter o campo do escoamento através da válvula. A motivação maior do trabalho é o aprimoramento de modelos matemáticos que representem melhor os fenômenos físicos envolvidos no funcionamento de compressores de refrigeração. Uma série de resultados são gerados, ficando demonstrado que a metodologia desenvolvida pode fornecer subsídios valiosos para o projeto de sistemas de válvulas.