Modelagem e simulação numérica de pistão pneumático para compressores de refrigeração

Abstract

O presente trabalho contempla o modelamento e a investigação numérica de um pistão pneumático utilizado em compressores de refrigeração doméstica. Trata-se de uma nova concepção onde o conjunto pistão/cilindro submetido a carregamentos dinâmicos é lubrificado aerostaticamente com o próprio fluido refrigerante. O modelo considera o comportamento dinâmico do pistão, levando em conta desalinhamentos axiais e deslocamentos radiais, além de subsistemas de alimentação do filme fluido. É apresentada uma metodologia de Elementos Finitos para a solução da equação de Reynolds que governa o fenômeno da Lubrificação. A equação de Reynolds é integrada sobre o domínio de solução resultando em um sistema linear que é resolvido através da decomposição LU de sistemas lineares. As equações da dinâmica do pistão são resolvidas separadamente da equação de Reynolds. Para a solução desta equação foi desenvolvido um código computacional utilizando o método de Elementos Finitos que simula computacionalmente o "mancal aerostático" formado pelo espaço entre pistão e cilindro. A escolha deste método foi baseada em sua precisão mesmo com malhas pouco refinadas. Tal precisão faz-se necessária uma vez que o domínio de solução engloba orifícios de alimentação e um movimento oscilatório do pistão em altas frequências. Aspectos geométricos e de operação são investigados buscando o levantamento do comportamento do pistão quando submetido a diferentes condições de operação. Informações sobre a órbita do pistão, consumo de lubrificante e desempenho do conjunto são obtidas com a utilização do programa computacional que apresentou-se bastante estável e confiável. Porém não foi possível estabelecer comparações com trabalhos da literatura da área por tratar-se de uma nova concepção que associa efeitos de lubrificação aerostática a pistões de refrigeradores submetidos a movimentos alternativos. Normalmente são avaliados mancais areostáticos planos, cilíndricos e esféricos submetidos a carregamentos estáticos e ou dinâmicos associados a movimentos giratórios.