Desenvolvimento e validação experimental de um modelo para a previsão do desempenho de compressores rotativos de pistão rolante

Abstract

O desempenho de um compressor é afetado por ineficiências elétricas, mecânicas e termodinâmicas. As perdas elétricas estão associadas ao motor elétrico e ao dispositivo de partida do compressor, enquanto que as perdas mecânicas ocorrem devido ao atrito em mancais e ao bombeamento de óleo. As ineficiências termodinâmicas ocorrem nos processos de compressão, expansão, sucção e descarga, originadas por transferência de calor, vazamentos, dinâmica de válvulas, entre outros aspectos. A presente dissertação aborda o desenvolvimento e a validação de um modelo para a previsão numérica do desempenho de compressores rotativos de pistão rolante comumente utilizados em condicionadores de ar. Dados de entrada importantes do modelo foram obtidos experimentalmente, tais como folgas entre componentes móveis, rigidez e frequência natural da válvula de descarga e eficiência do motor elétrico. Visando a acurácia do modelo, áreas efetivas de escoamento e de força associadas aos processos de sucção e descarga foram determinadas através de simulações numéricas do escoamento, incluindo a influência da posição do pistão rolante. Com auxílio de uma bancada, dados experimentais foram obtidos para o diagrama p-V, bem como para eficiências volumétrica e isentrópica. Resultados numéricos foram comparados com dados experimentais e apresentaram concordância satisfatória em diferentes condições de operação, representadas por pares de temperatura de evaporação e condensação, validando o modelo desenvolvido. <br>

Abstract : The performance of a compressor is affected by electrical, mechanical and thermodynamic inefficiencies. Electrical losses occur in the electric motor, while mechanical losses are due to friction in the bearings and oil pumping. Thermodynamic inefficiencies take place in the compression, expansion, suction and discharge processes and are associated with heat transfer, gas leakage, valve dynamics, among other aspects. The present thesis describes the development and validation of a numerical model for predicting the performance of rolling piston compressors commonly used in air conditioners. Relevant input data required by the model, such as clearances between moving parts, valve stiffness and natural frequency and electric motor efficiency, were obtained experimentally. Correlations for effective flow and force areas associated with the suction and discharge processes were derived from flow simulations, including the influence of the rolling piston. Experimental data for p-V diagram, as well as for compressor isentropic and volumetric efficiencies, were obtained in a calorimeter. Numerical predictions were compared with experimental data and showed good agreement in different operating conditions, represented by pairs of evaporating and condensing temperatures, validating the model developed.