Análise experimental da influência de mancais de rolamentos em ensaios de rendimento de motores elétricos de compressores

Abstract

O mercado de compressores para a refrigeração é muito competitivo e a produção dos maiores fabricantes gira na casa dos milhões de unidades/ano, o que leva a uma grande necessidade de pesquisa e desenvolvimento em toda a cadeia produtiva. Devido a esse volume de produção tão elevado, pequenas reduções de custo unitário de produção podem ser altamente significativas. O motor elétrico empregado nesses compressores é um dos principais contribuintes com relação ao desempenho operacional e ao custo de produção, razão pela qual ele é objeto de constante pesquisa teórica e experimental. Um problema enfrentado pelos fabricantes no ensaio de desempenho de motores de compressores é a influência dos mancais no resultado dos ensaios. O usual é o emprego de rolamentos de esferas de aço, porem compromete os resultados dos ensaios quando pequenas variações nas medições de rendimento são necessárias. Por esse motivo, este trabalho analisa experimentalmente ensaios com diferentes tipos de rolamentos: dois modelos de rolamentos de aço e quatro de materiais cerâmicos distintos que, segundo fontes literárias, tem características de redução de atrito e aumento de vida útil em relação aos rolamentos de aço, além da possibilidade de dispensarem o uso de lubrificante. Entretanto, nos ensaios realizados, não houve comprovação dessas vantagens, ocorrendo uma rápida degradação dos rolamentos cerâmicos, que apresentaram resultados próximos aos dos rolamentos de aço nas medições de rendimento do motor. Sendo assim, foi realizado um estudo teórico sobre outros dois princípios construtivos de mancais que são boas opções de substituição dos rolamentos de aço: mancais de filme fluídico e mancais magnéticos. Embora essas opções sejam mais complexas e de maior custo que os rolamentos metálicos, não há contato mecânico entre as partes móveis e fixas, eliminando por completo o atrito mecânico. Assim, foi apresentado um levantamento com os principais tipos de mancais desses princípios e, dentre esses, o mais adequado à aplicação em mancais de motores elétricos de compressores para refrigeração para ensaios de rendimento.<br>

Abstract : The market of compressors for refrigeration is very competitive and the production of the largest manufacturers is around millions of units / year, which leads to a great need for research and development in the entire production chain. Due to this very high production volume, any small cost reduction per produced unit can be very significant. The elec-tric motor applied in these compressors is one of the major responsible for the operational performance and production cost and so there are many theoretical and experimental researches about its improvement. One of the main problems faced for the electrical motors makers during the compressors motors performance test is the influence of the bearings on the test results. The steel ball bearings are usually used to run these tests however the results are inaccurate when little variations on the performance measurements are necessary. For this reason, the present job analyses some experimental tests using different kind of bearings: two models of steel bearings and four models of bearings made with different kinds of ceramic materials able to reduce the friction and in-crease lifespan in comparison with steel bearings and also with the abil-ity to waive the use of lubricant, in accordance with the literary sources. However, it was not verified any advantage by the analyses of the per-formed tests results because the ceramic bearings almost showed the same results of the steel bearings, based on the engine yield measure-ments, and it happened a fast degradation in the ceramic bearings. So, it was performed a theoric survey about two other constructive principles of bearings which represent a couple of good options to replace the steel bearings: fluid film bearings and magnetic bearings. Although these options are more complex and also more expensive than the available metallic bearings, there is no mechanical contact between moving and fixed parts, providing the complete friction elimination. Thus, it was presented a survey of the main types of bearings that use these kinds of principles and the most suitable among them for the application on bear-ings from electric motors usually applied to refrigeration compressors in order to run performance tests.