Um modelo de simulação para relacionar resultados de testes de elevação de pressão com o desempenho de compressores alternativos

Abstract

A capacidade de refrigeração de um sistema por compressão de vapor está diretamente relacionada com a eficiência volumétrica do compressor, a qual é um dos principais parâmetros utilizados para avaliar o desempenho de compressores. Atualmente, a determinação da eficiência volumétrica de compressores alternativos é realizada em testes experimentais em bancadas de ciclo quente, seguindo normas que demandam mais de oito horas de teste. Devido ao tempo elevado para realização do teste, pode-se avaliar o desempenho de apenas uma pequena quantidade dos compressores produzidos. Assim, alternativas para a determinação do desempenho de compressores alternativos em procedimentos mais rápidos vêm sendo estudadas nos últimos anos. Dentre essas alternativas, destaca-se a utilização de testes de elevação de pressão, com duração aproximada de dez segundos, que determinam a capacidade de elevação de pressão do compressor. Estudos anteriores mostraram que a capacidade de elevação de pressão está diretamente correlacionada com a eficiência volumétrica do compressor. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de simulação capaz de relacionar a eficiência volumétrica de compressores com resultados de testes de elevação de pressão. Para tanto, uma bancada para testes de elevação de pressão foi construída e um modelo semi-empírico foi adaptado para o cálculo da eficiência volumétrica do compressor. O modelo semi-empírico foi então validado com dados experimentais da bancada de ciclo quente e utilizado em um modelo implementado com a linguagem Modelica para a simulação do teste de elevação de pressão. Testes na bancada de elevação de pressão foram realizados com amostras não amaciadas e amaciadas de um compressor selecionado para a análise, observando-se um aumento de 8,3% na capacidade de elevação de pressão após o amaciamento. A partir da comparação entre resultados experimentais e numéricos de elevação, verificou-se que o modelo semi-empírico de eficiência volumétrica ajustado com dados da bancada de ciclo quente necessita de uma correção para prever corretamente os resultados da bancada de elevação de pressão. Uma vez corrigido, o modelo pode ser utilizado para classificar amostras do modelo de compressor analisado em termos de desempenho a partir da comparação de curvas de elevação de pressão. Além disso, o modelo se mostrou útil para determinar o efeito de condições de execução dos testes, tais como temperatura ambiente, sobre os resultados de capacidade de elevação de pressão.

Abstract: The cooling capacity of a vapor compression system is directly related to the compressor volumetric efficiency, which is also one of the main parameters used to evaluate its performance. Currently, the volumetric efficiency of a reciprocating compressor is assessed through experimental tests in a hot-gas rig that take more than eight hours. Therefore, it is only possible to determine the performance of a small number of pieces of compressors that are manufactured. Therefore, alternatives to evaluate more quickly the performance of reciprocating compressors have been studied in the past few years. One of these alternatives is the pressure build-up test that takes approximately ten seconds. Previous studies have shown that the pressure build-up capacity of a compressor is strongly correlated with its volumetric efficiency. The present work presents the development of a simulation model capable of relating the results of pressure build-up tests with the compressor volumetric efficiency. To this extent, a pressure build-up test rig was assembled, and a semi-empirical model was adapted to predict the compressor volumetric efficiency under different operating conditions. The semi-empirical model was validated with reference to experimental data obtained in a hot-gas test bench, and then coupled with a simulation model, written with the Modelica language, to simulate the pressure build-up test. Tests were carried out in the pressure build-up rig with samples of a compressor before and after being subjected to a break-in. The results showed that the pressure build-up capacity increased by 8.3% after the break-in process. It was also found that the simulation model calibrated with data from the hot-gas test rig requires a correction to predict correctly the pressure build-up test. Nevertheless, after this adjustment, the model can be used to relate the compressor volumetric efficiency with measurements of pressure build-up curves. In addition to that, the model showed to be useful to assess the effect of test parameters, such as ambient temperature, on the pressure build-up tests.