Análise do efeito do superaquecimento sobre o desempenho de compressores alternativos aplicados a bomba de calor

Abstract

Em sistemas de refrigeração convencionais, o superaquecimento do fluido refrigerante no interior do compressor é um dos responsáveis pelas perdas globais de energia, aumentando o trabalho de compressão específico e reduzindo a capacidade de refrigeração. Em aplicações de aquecimento por bombas de calor, o superaquecimento também aumenta o trabalho de compressão, mas com um aumento da capacidade de aquecimento específica do sistema, pois a temperatura de entrada do condensador depende da temperatura final de compressão. O presente trabalho apresenta uma nova metodologia de análise dos efeitos do superaquecimento em compressores submetidos a aplicações de bomba de calor, empregando um modelo de simulação térmica do compressor. A partir dos resultados, mostra-se a importância em se avaliar corretamente o COP de aquecimento na escolha de um compressor adequado para esta aplicação. Diferentes configurações de compressores são experimentalmente avaliadas de forma a validar o modelo numérico. As análises experimentais de possíveis soluções mostraram que ganhos de eficiência de aquecimento entre 1,4% e 7,5% podem ser obtidos com o gerenciamento térmico adequado do compressor. O presente trabalho também permitiu o entendimento do comportamento das fontes e sumidouros de calor e sua relação com o ganho de eficiência de aquecimento. Os resultados indicam também que o superaquecimento do gás na sucção devido ao calor gerado no motor elétrico e nos mancais atua no sentido de aumentar a eficiência do compressor aplicado em bombas de calor.

In conventional cooling systems, the refrigerant superheating inside the compressor is largely responsible for overall energy losses, increasing the compression specific work and decreasing the cooling capacity. In heat pump applications, superheating increases both the compression loss and the specific heating capacity of the system, since the condenser inlet temperature is directed related to the final temperature of the compression process. In this work, a new methodology is proposed to analyze the effects of superheating on compressors applied to heat pump applications, by using a model to predict its thermal profile. It is shown the importance of correctly evaluating the COP for heating when selecting a suitable compressor for this application. Different configurations were experimentally tested for the compressor in order to validate the simulation model. An experimental analysis of different solution alternatives has shown that an efficiency increase between 1.4% and 7.5% can be obtained with a well-chosen thermal management alternative. The present study also allowed the understanding of sources and sinks of heat inside the compressor and their relation regarding the increase of heating efficiency. The results indicate that suction superheating due to heat released by both the bearings and the electrical motor act to increase the compressor efficiency in heat pump applications.