Análise numérica do vazamento de gás na folga pistão-cilindro de compressores de refrigeração doméstica

Abstract

Vazamento de gás é uma das principais fontes de ineficiências em compressores alternativos de baixa capacidade, reduzindo a vazão mássica e aumentando o consumo de energia. Em compressores alternativos, o vazamento de gás ocorre principalmente na folga pistão-cilindro e é promovido pelo movimento do pistão e pela diferença de pressão entre a câmara de compressão e o ambiente interno delimitado pela carcaça do compressor. Esse vazamento é mais prejudicial para compressores operando sem óleo lubrificante. O presente trabalho apresenta um modelo desenvolvido a partir da equação de Reynolds para escoamento compressível. O modelo é aplicado ao longo do ciclo de compressão para avaliar os efeitos da dimensão da folga, da velocidade do pistão e dos movimentos secundários do pistão, sobre o vazamento e o desempenho do compressor. Uma versão simplificada do modelo, considerando pistão e cilindro concêntricos, é também desenvolvida para efeito de comparação com o modelo, permitindo avaliar a contribuição dos movimentos secundários do pistão sobre o vazamento. Os resultados mostram que a compressibilidade do gás e os movimentos secundários do pistão afetam de forma significativa o vazamento de gás na folga pistão-cilindro.

Abstract : Gas leakage is a major source of inefficiency in low-capacity reciprocating compressors, reducing its mass flow rate and increasing its energy consumption. In reciprocating compressors, gas leakage takes place mainly in the piston-cylinder clearance and is brought about by the piston motion and pressure difference between the compression chamber and the shell internal environment. This work presents a model based on the Reynolds equation for compressible fluid flow developed to predict leakage in low capacity reciprocating compressors. The model is applied throughout the compression cycle so as to assess the effect of the clearance geometry, piston velocity and piston secondary motion on the leakage and compressor efficiency. A simplified version of the model, which considers the piston concentric with the cylinder, is also considered for the purpose of assessing the contribution of piston secondary motion on leakage. The results show that gas compressibility and piston secondary motion are the main parameters affecting gas leakage in the piston-cylinder clearance.