Um modelo para otimização de atletas na carcaça de compressores herméticos de refrigeração

Abstract

Em projetos de compressores alternativos herméticos, alguns itens são determinantes, tais como: custo, eficiência, confiabilidade e ruído. O custo associado ao motor elétrico de um compressor varia de acordo com a eficiência elétrica exigida pelo projeto. Em geral, motores mais eficientes são mais custosos, e isso reflete diretamente no custo final do compressor. Por isso, alguns compressores são projetados para operar com um motor de baixa eficiência. A principal dificuldade desse projeto é garantir que o motor opere a uma temperatura abaixo de um limite pré-estabelecido. Nesse sentido, o presente trabalho apresenta um modelo teórico para otimização de aletas na carcaça de um compressor alternativo hermético, que opera com motor de baixa eficiência. O objetivo da simulação é obter uma configuração de aletas com mínimo volume, que respeitem à restrição de temperatura máxima de motor admitida. O modelo é obtido do acoplamento de um modelo de simulação térmica do compressor, validado previamente com dados experimentais, com um algoritmo de otimização. Aletas planas retangulares e piniformes são avaliadas. As simulações realizadas indicam possíveis soluções ótimas com as configurações: largura de 0,080m, espessura de 0,001m e comprimento de 0,006m, com uma quantidade de 166 aletas para a aleta retangular, e diâmetro de 0,002m, comprimento de 0,006m e uma quantidade de 4213 aletas para a aleta piniforme. Foi observado ainda que a espessura (retangular) e o diâmetro (piniforme) são os parâmetros geométricos mais influentes na solução ótima, e quanto menor forem seus valores, menor é o volume de material. Conclui-se que, provavelmente, a solução do dissipador ótimo estará condicionada à mínima espessura ou ao mínimo diâmetro, os quais serão determinados por outras restrições de projeto.

The design of hermetic reciprocating compressors is driven by cost, efficiency, reliability and noise. The cost associated with the electric motor of a compressor varies according to the electrical efficiency required by the project. In general, electric motors that are more efficient have a higher cost, and this directly reflects the final cost of the compressor. Therefore, some compressors are designed to operate with a low-efficiency motor. The main difficulty in such a case is to ensure that the motor operates at a temperature below a pre-set limit. In this sense, the present work presents a theoretical model for optimization of fins on the shell of a hermetic reciprocating compressor, which operates with a low-efficiency motor. The objective of the simulation is to obtain a set of fins with minimum volume, which respect the maximum motor temperature threshold. The model is obtained from the coupling of a thermal simulation model of the compressor, previously validated with experimental data, with an optimization algorithm. Flat rectangular and pin fins are evaluated. Simulation results indicate possible optimal solutions with the following configurations: width of 0.080m, thickness of 0.001m and length of 0.006m, with an amount of 166 fins for the rectangular fin, and diameter of 0.002m, length of 0.006m and an amount of 4213 fins for the pin fin. It was also observed that the thickness (rectangular) and the diameter (pin) are the most influential geometric parameters in the optimal solution, and the smaller the values, the smaller the volume of material. It is concluded that the optimum heat sink solution will probably be conditioned to the minimum thickness or to the minimum diameter, which will be determined by other design constraints.