Medição não invasiva de volume de óleo lubrificante em compressores herméticos

Abstract

Este trabalho apresenta um método para estimação do volume de óleo em compressores herméticos, sem a necessidade de quaisquer modificações estruturais no equipamento. Isso é possível porque os componentes estruturais do compressor atuam como eletrodos na medição da capacitância, a qual é utilizada para estimar o volume. Neste estudo, compressores herméticos operacionais são utilizados para a análise. Para a medição da capacitância, dois instrumentos com princípios diferentes de medição são utilizados. A fim de avaliar a incerteza associada ao método de estimação proposto, propõe-se uma abordagem baseada no método de Monte Carlo. Os resultados indicam uma incerteza de 6,7 mL em torno da carga nominal de óleo no principal modelo analisado quando os passadores do compressor estão abertos para a atmosfera, o que representa 5,5% da carga nominal de óleo neste caso. Para permitir o monitoramento da quantidade de óleo no compressor em momentos em que o compressor encontra-se desligado, um circuito eletrônico é proposto. Ademais, analisa-se o impacto de diferentes valores de incerteza associados ao instrumento de medição de capacitância sobre a estimativa de volume, revelando uma relação linear entre ambas as incertezas. Os resultados mostram que um aumento de 0,1 pF na incerteza da medição de capacitância reflete-se em um aumento de 1,5 mL na incerteza da estimação do volume de óleo. Ainda, são avaliadas as influências da temperatura interna do compressor e o acréscimo de fluido refrigerante nos resultados. A deriva térmica encontrada é de 0,0113 pF/K, enquanto o acréscimo gerado pela presença de fluido refrigerante pode ser descrito por um polinômio de terceiro grau. Os resultados demonstram que o método constitui uma alternativa viável para a estimação do volume de óleo em sistemas herméticos que apresentem características adequadas para sua aplicação.

Abstract: This work presents a method for estimating the oil volume in hermetic compressors without requiring any structural modifications to the equipment. This is made possible because the structural components of the compressor act as electrodes in the capacitance measurement, which is then used to estimate the volume. In this study, operational hermetic compressors are employed for analysis. Two instruments with different measurement principles are used for the capacitance readings. To evaluate the uncertainty associated with the proposed estimation method, an approach based on the Monte Carlo method is proposed. The results indicate an uncertainty of 6,7 mL around the nominal oil charge of the main model analyzed when the compressor terminals are open to the atmosphere, corresponding to 5.5% of the nominal oil charge in this case. To enable monitoring of the oil quantity when the compressor is turned off, an electronic circuit is proposed. Furthermore, the impact of different uncertainty values associated with the capacitance measurement instrument on volume estimation is analyzed, revealing a linear relationship between both uncertainties. The results show that an increase of 0,1 pF in the uncertainty of the capacitance measurement leads to an increase of 1,5 mL in the uncertainty of the oil volume estimation. In addition, the influences of the internal temperature of the compressor and the addition of refrigerant fluid on the results are evaluated. The observed thermal drift is 0,0113 pF K-1, while the effect of the presence of refrigerant fluid can be described by a third-degree polynomial. The results demonstrate that the method represents a feasible alternative for estimating the oil volume in hermetic systems that present suitable characteristics for its application.