Análise teórica e experimental da influência da atomização de óleo em processos de compressão

Abstract

Neste trabalho, é apresentada uma análise teórica e experimental da influência da atomização de óleo lubrificante na câmara de compressão de compressores alternativos de refrigeração. A atomização de óleo no cilindro proporciona uma remoção de calor do refrigerante durante o processo de compressão e um abaixamento da temperatura dos componentes do compressor. O principal objetivo deste resfriamento é a redução das perdas de energia ocasionadas por ineficiências do processo de compressão e por superaquecimento do refrigerante durante a sucção, as quais somam grande parte das perdas totais de energia de um compressor. Um compressor protótipo foi construído e instrumentado a fim de testar a atomização de óleo na câmara de compressão. Os testes foram realizados com fluido refrigerante R-134a em uma bancada experimental especialmente adaptada para receber o compressor protótipo. Para complementar as análises experimentais, um modelo termodinâmico para o processo de compressão do fluido refrigerante com atomização de óleo foi desenvolvido usando uma formulação integral dos princípios de conservação de massa e de energia. Neste modelo, é assumido que o fluido refrigerante e o óleo lubrificante coexistem separadamente no interior do cilindro com diferentes temperaturas. Simulações com um programa de Computação Fluidodinâmica (CFD) foram realizadas para complementar a análise integral. Os efeitos da atomização de óleo no desempenho do compressor são apresentados e discutidos em função de parâmetros como o tipo de óleo (mineral ou sintético) e condições de injeção (temperatura, posição do injetor, vazão de óleo). O comportamento da pressão do refrigerante em função do volume da câmara de compressão foi determinado experimentalmente para situações sem e com atomização de óleo. Foram constatadas reduções significativas nas temperaturas de vários pontos do compressor para os dois tipos de óleo. Entretanto, a solubilidade do refrigerante no óleo se mostrou bastante influente sobre parâmetros globais, como a capacidade de refrigeração, a eficiência de compressão e o coeficiente de performance. Para o óleo mineral, que apresenta menor solubilidade com o fluido refrigerante, foi observado um pequeno ganho em capacidade de refrigeração e eficiência de compressão em uma dada condição de operação.