Estudo da propagação do ruído gerado pela expansão de gás no evaporador de um refrigerador doméstico

Abstract

Em sistemas de refrigeração por compressão mecânica de vapor, o com-pressor é geralmente apontado como a principal fonte de ruído. O apri-moramento contínuo desse componente, entretanto, acaba por evidenciar outras fontes de ruído, como por exemplo, o processo de expansão de gás. Este processo é geralmente acompanhado de oscilações de pressão que se propagam pelo fluido refrigerante, oscilações estas que são responsáveis pela excitação das paredes da tubulação do evaporador, que ao vibrarem, transmitem energia ao gabinete do refrigerador, fazendo deste o irradiador final de ruído. Esta dissertação apresenta um modelo numérico vibroacústico do evaporador contendo o fluido refrigerante, objetivando simular parte do caminho de transmissão de energia do ruído gerado pelo processo de expansão. Primeiramente, o fluido é modelado analiticamente, em diferentes condições de misturas das fases líquida e gasosa. Uma modelagem e validação estrutural do evaporador pelo Método dos Elementos Finitos é então apresentada. Por fim, é desenvolvido um modelo acoplado fluido-estrutural, que tem como dados de entrada as oscilações de pressão oriundas do processo de expansão medidas experimentalmente. Comparações com dados experimentais de aceleração das paredes do evaporador indicam que o modelo é capaz de predizer o comportamento dinâmico da estrutura, e ser utilizado como ferramenta de auxílio na implementação de modificações estruturais no evaporador, visando à minimização de transferência de energia ao gabinete do refrigerador.<b>

Abstract: In vapor compression refrigeration systems, the compressor is generally appointed as the main source of noise. The continuous improvement of this component, however, emphasizes other noise sources, like, for example, the gas expansion process. This process is usually accompanied by pressure oscillations which propagate through the refrigerant, being these oscillations responsible for excitation of the evaporator pipe walls, which vibrate and transmit power to the refrigerator cabinet, making this the final noise radiator. This paper presents a numeric vibroacoustic model of the evaporator containing the refrigerant fluid, in order to simulate part of the power path transmission of the noise generated by the expansion process. First, different patterns of gas and liquid phases mixtures are analytically modeled. A modeling and structural validation of the evaporator by the Finite Element Method is then presented. Finally, a coupled fluid-structure model is developed, whose input are the experimentally measured pressure oscillations arising from the expansion process. Comparisons with evaporator pipe walls' acceleration experimental data indicate that the model is able to predict the dynamic behavior of the structure, and be used as tool to assist in the implementation of structural changes in the evaporator, in order to minimize energy trans-fer to the refrigerator cabinet.