Desenvolvimento de metodologias de simulação para a análise de soluções de gerenciamento térmico aplicadas a compressores alternativos de refrigeração

Abstract

Compressores de refrigeração são máquinas térmicas extremamente influenciadas pelo campo de temperatura de seus componentes. Em função disto, a análise criteriosa dos processos de transferência de calor no interior de um compressor pode viabilizar aumentos consideráveis de seu desempenho, principalmente da redução das ineficiências causadas pelo superaquecimento do fluido refrigerante. O presente trabalho considera o gerenciamento térmico de um compressor de refrigeração, através do desenvolvimento de modelos para a simulação e análise do seu ciclo de operação. Um desses modelos, denominado Metodologia Híbrida de Simulação Térmica, permite a solução do perfil térmico do compressor através da combinação de dados experimentais, de modelos termodinâmicos e de capacitância global para o cálculo da transferência de calor por difusão entre os componentes sólidos pelo método de volumes finitos. Além disso, um novo procedimento de simulação térmica desenvolvido, denominado de Metodologia de Fluxo Médio, resolve, via volumes finitos, o escoamento de gás refrigerante e a difusão de calor nos componentes sólidos do compressor. As duas metodologias foram avaliadas por meio da comparação com dados experimentais, permitindo identificar a Metodologia Híbrida como a mais apropriada para a análise térmica do compressor. Tal metodologia foi empregada para a análise de algumas propostas de alternativas para a melhoria do desempenho térmico do compressor sob análise. Os efeitos fenômenos físicos decorrentes da utilização destas alternativas foram analisados a partir do detalhamento de ineficiências do ciclo de compressão. Dos resultados obtidos para o caso analisado, pôde-se observar que a parcela de calor rejeitada pelos mancais tem grande importância sobre o superaquecimento do gás na linha de sucção. Além disto, pôde-se mostrar a viabilidade de uma redução significativa do perfil térmico do compressor através da atomização de líquido refrigerante no interior da câmara de compressão.