Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270785.pdf: 6627222 bytes, checksum: 1ea35401e8158c713086353387517f89 (MD5) / A análise térmica detalhada do sistema de sucção de compressores pode permitir um aumento significativo de suas eficiências, principalmente através da redução do superaquecimento do gás. No entanto, uma análise completa desse fenômeno requer também dados sobre transientes de temperatura, os quais são muito difíceis de serem obtidos em função da pequena escala de tempo associada ao escoamento. Termopares são os sensores mais comumente empregados na medição de temperatura em compressores, mas, seus tempos de resposta são insuficientes para a medição de variações bruscas de temperatura. Neste trabalho, apresentam-se os resultados de uma investigação experimental de transientes de temperatura na câmara de sucção de um compressor de refrigeração doméstica operando a 3600 rpm. Um compressor alternativo usando o fluido refrigerante R134a foi selecionado para a análise, sendo submetido a duas condições de operação em uma bancada. Um sistema de anemometria foi adotado para medições de temperatura e velocidade na câmara de sucção, sendo que um micro-termopar foi também usado para efeito de comparação. Um procedimento foi especialmente desenvolvido para contornar a dificuldade da impossibilidade de calibrar o sensor de anemometria diretamente no fluido refrigerante. Medições de pressão foram também realizadas com um transdutor piezelétrico a fim de complementar a análise. Os resultados revelaram um fenômeno complexo na câmara de sucção, com variações bruscas em todas as propriedades do escoamento. Observou-se também um aumento considerável de temperatura durante o período em que a válvula de sucção permanece fechada e que não está correlacionado com as pulsações de pressão. Por outro lado, quando a válvula de sucção se abre, a queda de pressão na câmara induz uma redução na temperatura, a qual é um efeito combinado do processo de expansão e do fornecimento de fluido com temperatura mais baixa pelo sistema de sucção.

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 2012-10-25T01:16:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285482.pdf: 8350603 bytes, checksum: a1798a5adcf9b4699aaadef537fb87bf (MD5) / A medição do deslocamento do pistão de compressores herméti- cos, por exemplo, na caracterização do diagrama PV, proporciona não somente dados concretos para a etapa de pesquisa e desenvolvimento, como também oferece informações importantes para o controle da qua- lidade desses produtos. Atualmente há uma forte tendência à miniaturi- zação de compressores. Nesse caso, a redução dos volumes das câma- ras de compressão é compensada pelo aumento da frequência de ope- ração. Estudo realizado junto à empresa líder mundial na fabricação de compressores evidenciou que os métodos de medição de deslocamento do pistão para compressores que operam a 60 Hz atendem as neces- sidades. Não há segurança, no entanto, para frequências de operação acima de 100 Hz. Para que esse comportamento seja melhor com- preendido, é necessária a determinação do comportamento dinâmico do transdutor de deslocamento atualmente utilizado, especialmente do atraso de fase. Para determinação do atraso, compara-se o sinal de des- locamento do transdutor atualmente utilizado com o de um transdutor de referência cujo comportamento é conhecido. Essa comparação deve ser feita em diferentes frequências, estabelecendo assim uma tendên- cia para o comportamento do atraso. O objetivo deste trabalho é a construção de uma bancada de testes capaz de simular o deslocamento do pistão de um compressor que opera a frequências elevadas, com possibilidade de controle e seleção da frequência de operação. São mostradas as etapas de desenvolvimento do sistema, com especifica- ção e seleção dos componentes utilizados. Além disso, é proposto um método de cálculo do atraso baseado no cruzamento dos sinais por um valor de referência. Como resultado, tem-se uma bancada funcional e automatizada. Ademais, a validação do método proposto permitiu a caracterização do atraso do transdutor atualmente empregado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T08:27:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286374.pdf: 10425572 bytes, checksum: 8cb91f099f923c13f7c8d7917b701d0b (MD5) / O cenário mundial, sempre preocupante em termos de competição acirrada, exige das empresas, muita capacidade em termos de desenvolvimento tecnológico para se manterem vivas nos mercados em que atuam. Em especial, aquelas empresas nacionais que têm suas receitas baseadas na exportação de seus produtos, estão sendo gravemente afetadas. Frequentemente, especialistas estão procurando por novas tecnologias que permitam reduzir o custo destes produtos. Exemplo desta realidade é o fabricante de compressores para refrigeração. Neste segmento é usado o processo de soldagem MIG, com adição de material para o fechamento das carcaças, que devem ser herméticas. Neste contexto, o presente trabalho buscou pesquisar uma aplicação do processo de soldagem TIG, sem adição de material, visando a redução de custo da operação sem perda da produtividade. A meta foi definir um conjunto de soluções para eliminar a maior barreira que é a baixa velocidade de solda do processo TIG, para evitar o aparecimento de irregularidades no cordão. Este trabalho avaliou diferentes parâmetros de soldagem, misturas de gases de proteção, controle da tensão do arco, distâncias eletrodo-peça, entre outras características para garantir um processo de soldagem adequado a baixos custos e alta produtividade. Testes foram realizados usando como peças de testes as carcaças de compressores. Após a realização de uma série de ensaios, verificou-se a possibilidade de aumentar a velocidade de solda a valores compatíveis ao processo MIG atualmente usado, sem que ocorram irregularidades ou defeitos no cordão de solda. / The world scenario showing up a huge competition, is requiring a strong technological development of the companies which want to be alive in the market. Mainly, those based in their product#s exportation to get better revenues. In such a way, it has been important to get cheaper products, and processes, as well. Day by day specialists are looking for new technologies to allow cost reductions in their factories. An example of this, has been the refrigeration hermetic compressor manufacturers. They are welding the compressor housings with MIG welding process using filler metal. In this background, the present work aimed at researching a new TIG welding process in an autogenous weld version, what means, without filler metal, aiming to get a cost reduction in this operation without looses into the productivity. The main goal was to define important weld solutions to eliminate the biggest barrier which has been the low weld speed of TIG process. This approach made an evaluation of: different welding parameters, shielding gas blends, arc voltage control, best electrode-to-work distance and other features to get a high production rate weld process. Trials were done using compressor housings as welding samples. After the tests, it was verified that there is a way to increase the welding speed in order to get the same values of the present MIG weld process speed, without bead irregularities.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:27:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255352.pdf: 5033761 bytes, checksum: 0290e50acc49af57bed88b7afe7ce1f8 (MD5) / Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliação dos esforços dinâmicos transmitidos do conjunto eixo-rotor flexível ao bloco de compressores herméticos. Os modos próprios de deformação do conjunto eixo-rotor são determinados pelo método dos elementos finitos e os resultados validados experimentalmente. Os mancais são representados por filmes de óleo lubrificante que promovem o contato deste conjunto com o bloco do compressor. A representação dinâmica dos mancais é feita de duas formas. A primeira considera as propriedades de rigidez e de amortecimento equivalentes, expressas através de equações simplificadas representativas da dinâmica do filme de óleo, sendo uma contribuição inovadora e passível de utilização na verificação da influência de parâmetros físicos do filme de óleo na dinâmica da estrutura e nos esforços transmitidos do eixo ao bloco. O segundo modelo representa o comportamento hidrodinâmico dos mancais através da solução da Equação de Reynolds, obtida também pelo método dos elementos finitos. O modelo numérico dos mancais foi desenvolvido em linguagem de programação C e o modelo do conjunto eixo-rotor desenvolvido num software comercial usando o método da superposição modal com o objetivo de reduzir o tempo de processamento computacional. A solução dos modelos acoplados foi realizada no domínio do tempo. Os resultados indicam influência significativa do modelo dos mancais nas órbitas do eixo, mas estes exercem pequena influência nos espectros dos esforços transmitidos ao bloco. Considerando a flexibilidade, particularmente nas freqüências de ressonância do conjunto eixo-rotor, existe grande influência nos espectros dos esforços transmitidos ao bloco bem como em algumas órbitas. Instabilidades numéricas foram observadas na solução dos modelos acoplados atribuídas à discretização da solução no domínio do tempo e à precisão dos valores de resposta do conjunto eixo-rotor, fornecidos pelo software comercial.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:54:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258290.pdf: 1249033 bytes, checksum: 435d0398e9c8583f051f4129fc5de353 (MD5) / Dentre as diversas grandezas importantes para caracterização operacional de compressores de refrigeração, freqüência rotacional possui destaque em diferentes ensaios de compressores. Atualmente, para compressores herméticos, é usual instrumentar-se internamente o compressor para a realização da medição de freqüência rotacional, o que demanda tempo e custos indesejáveis. O presente trabalho objetiva propor, desenvolver e avaliar soluções para viabilizar a medição indireta e não-invasiva da freqüência rotacional para uso em bancadas automatizadas de ensaios de compressores. Ressalta-se que não existe no mercado um instrumento adequado para a realização da medição de tal grandeza, o que fornece ao sistema desenvolvido o caráter de inovação tecnológica. Duas frentes de trabalho realizadas para se obter os métodos de medição propostos são descritas e analisadas: seleção das grandezas que compõem a função de medição e seleção das ferramentas matemáticas mais adequadas para tratamento da informação. Os métodos escolhidos foram implementados e analisados experimentalmente contra um compressor padrão instrumentado internamente. Dentre as diversas formas estudadas, a análise do sinal de pressão de descarga e do sinal de corrente de alimentação do compressor, tanto pela identificação da freqüência de escorregamento, quanto pela detecção de componentes de excentricidade, apresentaram excelentes resultados. Além de permitir a medição empregando informações de grandezas já normalmente medidas em ensaios - corrente e pressão - os métodos propostos suplantaram muito as exigências estabelecidas por normas técnicas para medição de freqüência rotacional em ensaios de compressores. Obteve-se um sistema de medição de freqüência rotacional versátil, rápido e de baixa incerteza.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-09T03:18:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348527.pdf: 3865353 bytes, checksum: 77fc2d31241d8e7f9b050559c8cd9b4f (MD5) Previous issue date: 2017 / Compressores herméticos utilizados em sistemas de refrigeração possu-em em seu interior motores elétricos como subsistema responsável por transmitir movimento ao conjunto mecânico. O motor de indução monofásico com rotor gaiola de esquilo é o tipo de motor mais empregado em compressores destinados à refrigeração doméstica e comercial leve. Esse tipo de motor possui uma série de características que precisam ser controladas durante o processo produtivo para que sua qualidade seja assegurada. Uma dessas características é a folga radial entre estator e rotor, conhecida na literatura como entreferro. A característica entreferro é uma característica crítica do motor de indução, pois, esta impacta tanto no desempenho quanto na confiabilidade do compressor. Devido a isso, 100% da produção dos motores monofásicos passa por um controle do entreferro. O método de controle utilizado é um método atributivo que se utiliza de lâminas de folga, onde o operador circunda todo o perímetro da interface estator/rotor com essa lâmina, verificando assim se existe uma folga mínima em toda a região do entreferro. Porém, índices de qualidade internos e externos, apontam para uma baixa eficácia do método. Problemas de excentricidade do rotor são as principais causas de modos de falha relacionados ao entreferro. Como em grandes máquinas elétricas a excentricidade do rotor está relacionada principalmente com o desgaste de rolamentos e mancais do eixo ao longo da vida útil da máquina, isso motivou pesquisadores a desenvolverem métodos de de-tecção não invasivos da excentricidade do rotor para que pudessem ser utilizadas como técnicas de manutenção preditiva. A análise da assinatu-ra da corrente do motor (Motor Current Signature Analysis - MCSA) é uma dessas técnicas, onde o sinal de corrente elétrica do estator é adqui-rido e processado de maneira a extrair informação sobre a condição de excentricidade do rotor. Este trabalho estuda os métodos MCSA assim como algumas técnicas de processamento de sinal que são utilizadas em conjunto. Na parte de avaliação, apenas os métodos que se utilizam da transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform - FFT) são analisados experimentalmente, aplicando-se estes em dois motores de indução de pequeno porte. Os resultados obtidos atestam que tais méto-dos possibilitam a determinação da condição de excentricidade do rotor, permitindo a aplicação desses no controle de qualidade do entreferro. / Abstract : Hermetic compressors used in refrigeration systems have in their interior electric motors as subsystem responsible for transmitting motion to the mechanical kit. The single-phase induction motor with squirrel cage rotor is the type of motor most commonly used in compressors intended for domestic and commercial light refrigeration. This type of engine has a number of characteristics that need to be controlled during the production process in order to ensure its quality. One of these characteristics is the radial gap between stator and rotor, known in the literature as air-gap. The air-gap characteristic is a critical characteristic of the induction motor, since it impacts both the performance and the reliability of the compressor. Due to this, 100% of the production of the single-phase motors goes through a control of the air-gap. The control method used is an attributive method that uses slack blades, where the operator surrounds the entire perimeter of the stator/rotor interface with this blade, verifying if there is a minimum gap in the entire region of the air-gap. However, internal and external quality indices point to a low efficacy of the method. Rotor eccentricity problems are the main causes of air-gap related failure modes. As in large electrical machines rotor eccentricity is primarily related to the wear of bearings and shaft bearings over the life of the machine, this motivated researchers to develop non-invasive rotor eccentricity detection methods so that they could be used as predictive maintenance techniques. Motor Current Signature Analysis (MCSA) is one such technique where the stator electrical current signal is acquired and processed in order to extract information about the rotor eccentricity condition. This work studies the MCSA methods as well as some signal processing techniques that are used together. In the evaluation part, only the methods that are used of the Fast Fourier Transform (FFT) are analyzed experimentally, applying these in two small induction motors. The results obtained confirm that these methods permit the determination of the rotor eccentricity condition, allowing the application of these in the air-gap quality control.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:16:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332285.pdf: 2975976 bytes, checksum: 50cc646cd591c6320c990274eb0ae78a (MD5) Previous issue date: 2014 / Fabricantes de compressores para refrigeração realizam em larga escala ensaios de seus produtos com o intuito de prover dados para o desenvolvimento e controle de qualidade dos mesmos. O procedimento experimental de avaliação de desempenho energético visa determinar: capacidade de refrigeração, potência elétrica ativa consumida, eficiência isentrópica e coeficiente de desempenho do compressor. Tais características devem ser obtidas em condições de ensaio padronizadas e em bancadas que mantenham as diferentes grandezas dentro de limites de variação aceitáveis. A grandeza de maior interesse nesses ensaios é a vazão mássica. Novos compressores com capacidade de refrigeração variável estão sendo lançados no mercado e, a medição de vazões mássicas menores que 1 kg/h com as tradicionais bancadas de ensaios apresentam incertezas de medição incompatíveis com os atuais requisitos. Essa característica faz com que as bancadas de avaliação de desempenho tenham que ser revistas quanto à medição e controle de grandezas de interesse. O trabalho apresenta o desenvolvimento de uma bancada de ensaio para atender tal tendência. O estudo busca ainda a comparação de estratégias para a medição da vazão mássica por meio de transmissores do tipo Coriolis e do tipo turbina em um circuito que não provoque a mudança de fase do fluido refrigerante. A comparação evidenciou as características particulares de cada estratégia, salientando limitações e pontos fortes.<br> / Abstract: Refrigeration compressors manufacturers perform many tests on their products in order to provide data for quality control and research and development activities. The experimental procedures of energetic performance evaluation aim the measurement of four quantities: refrigeration capacity, active power consumption, isentropic efficiency and the coefficient of performance of the compressor. These characteristics are obtained by means of standardized conditions in test rigs that are automated for keeping a set of quantities in acceptable limits of variation. The most important quantity to be measured in these tests is the mass flow rate. New variable capacity compressors are being released in the market and the measurement of mass flow rates of less than 1 kg/h have been a potential demand. For these conditions the traditional test rigs have shown measurement uncertainties that are inconsistent with respect to actual requirements. This characteristic makes mandatory the revision of performance test rigs on what concerns the measurement and control of the different quantities. This dissertation presents the development of a new test rig that takes these characteristics into account. It also aims to compare two strategies for the measurement of the mass flow rate: Coriolis-based and turbine transmitters. The comparison was run in a circuit that does not cause phase changes on the refrigerant fluid and showed particular characteristics of each strategy, emphasizing the weaknesses and strengths points.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:17:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331134.pdf: 2819519 bytes, checksum: a1f63bce26adf52e8599e320d5cdc714 (MD5) Previous issue date: 2014 / O projeto adequado do sistema de sucção é de fundamental importância no desempenho de compressores de refrigeração doméstica, tanto sob o aspecto termodinâmico como em relação à confiabilidade. O presente trabalho apresenta um procedimento de otimização para o sistema de sucção, adotando o algoritmo genético NSGA-II. As eficiências isentrópica e volumétrica são utilizadas como funções objetivo, enquanto a falha estrutural por fadiga de flexão é empregada como restrição para atender a confiabilidade da válvula. Um modelo de simulação do ciclo de compressão foi acoplado ao procedimento de otimização, com o efeito da geometria do sistema de sucção sobre escoamento na válvula sendo caracterizado através de correlações de áreas efetivas de escoamento e de força e a dinâmica da válvula sendo resolvida com o método dos elementos finitos. O procedimento de otimização proposto foi aplicado a um compressor alternativo de refrigeração doméstica, gerando soluções ótimas para a geometria do sistema de sucção, mais eficientes do que o sistema adotado no compressor de referência.<br> / Abstract: The design of the suction system of compressors adopted in household refrigeration is of fundamental importance for efficiency and reliability. This dissertation reports a procedure developed to optimize the suction system of a reciprocating compressor, by using the genetic algorithm NSGA-II. The isentropic and volumetric efficiencies are used as objective functions, while the bending fatigue failure is used as a constraint to meet valve reliability. A simulation model of the compression cycle was coupled to the optimization procedure, in which the effect of suction valve system on the flow was characterized by correlations for effective flow and force areas. The dynamics of the valve was predicted numerically by employing the finite element method. The proposed optimization procedure was applied to a reciprocating compressor of domestic refrigeration, providing optimal solutions to the geometry of the suction system that are more efficient than the original system adopted in the reference compressor.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327695.pdf: 7124881 bytes, checksum: f8fea73be61034180236a58138009280 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho apresenta um modelo do comportamento dinâmico de baixas frequências de compressores herméticos usados em sistemas domésticos de refrigeração. O modelo considera regime normal de operação e regime transiente, este representando as condições de partida e parada. O estudo considera todos os componentes de seu mecanismo, os filmes de óleo de lubrificação, o torque indutivo do motor elétrico dependente da velocidade angular do eixo e a pressão na câmara de compressão dependente da posição angular do eixo. Foram calculados os esforços transmitidos para a carcaça através das molas de suspensão do conjunto interno e do tubo de descarga, bem como a resposta da carcaça a estas excitações. Um segundo modelo foi desenvolvido com o objetivo de determinar de forma rápida o ruído radiado na condição de regime permanente de operação abrangendo a faixa de frequências até 6.300Hz. Este modelo baseia-se no uso de funções de resposta em frequência referentes ao comportamento dinâmico, ou acústico, de cada componente que forma um compressor. Simplificações foram feitas tornando o procedimento bastante rápido e permitindo a análise das contribuições dos vários caminhos de propagação da energia vibroacústica para a carcaça e consequente radiação sonora. Seu uso é aplicável no desenvolvimento de novos produtos, o qual requer muitos testes envolvendo alterações nos vários componentes, permitindo avaliar as respectivas implicações no ruído final radiado.<br> / Abstract : This work presents a methodology for the low frequency dynamic behavior of domestic refrigerator compressor. The model represents all mechanism components, the oil lubricating film, the inductive electric motor torque dependent on the crankshaft angular velocity and the pressure in the compression chamber dependent on the crankshaft angular position. Also, are calculated the transmitted forces by the springs and discharge tube to the compressor shell with this model. A second model was developed with the goal to quickly determine the radiated noise in steady state of compression up to 6300 Hz. This model is based on frequency response functions of the dynamic and acoustic behavior of each compressor component. Some simplifications made the procedure very quick, allowing to analyze the contribution to the radiated noise by the vibroacoustic energy paths. The model can be applied to new products development, allowing many component modifications targeting the final radiated noise.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-10-24T03:10:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345251.pdf: 8929611 bytes, checksum: 51ae259de2bbab493099aa0455cb813e (MD5) Previous issue date: 2016 / A análise vibroacústica de estruturas e equipamentos vem adquirindo importância crescente devido à necessidade de desenvolvimento de produtos com maior confiabilidade, eficiência energética e conforto. O uso de métodos numéricos, como o Método de Elementos Finitos (MEF), tem se mostrado essencial por proporcionar menores custo e tempo de desenvolvimento de novos produtos. Este trabalho aborda um estudo do comportamento dinâmico do conjunto bloco e motor elétrico de compressores herméticos. As propriedades mecânicas destes componentes foram obtidas experimentalmente. Atenção especial foi dedicada às propriedades do estator por ser um componente de elevado amortecimento e baixa rigidez. Para isso, um modelo numérico foi ajustado sendo consideradas propriedades ortotrópicas. Os resultados foram vali-dados através de uma sequência de testes de análise modal individual destes componentes bem como do conjunto acoplado. Estes também foram validados através da avaliação de compressores em operação, considerando as cargas reais de compressão do gás de refrigeração e do campo magnético gerado pelo motor elétrico. Os resultados apresentaram boa concordância, o que permitem o uso em análises do comporta-mento vibroacústico de um compressor completo.<br> / Abstract : The vibroacoustic analysis of structures and equipment has been gaining increasing importance due to the need to develop products with higher reliability, energy efficiency and comfort. The use of numerical methods such as Finite Element Method (FEM) has been shown to be essential for providing lower cost and development time for new products. This work presents a study of the dynamic behavior of the block and the electric motor of hermetic compressors. The mechanical properties of these components were obtained experimentally. Special attention was given to the stator properties to be a component of high damping and low stiffness. For this, a numerical model was set being considered or-thotropic properties. The results were validated using a sequence of individual modal analysis tests for these components as well as coupled together. These were also validated by evaluating compressors in opera-tion, considering the real loads in compression refrigeration gas and magnetic field generated by the electric motor. The results showed good agreement, making possible the use in the analysis of the vibroacoustic behavior of a complete compressor.