Caracterização experimental de propriedades dielétricas de misturas óleo-refrigerente

Abstract

O conhecimento de propriedades elétricas de misturas de fluidos é necessário quando se deseja projetar sistemas em que tais misturas entram em contato direto com componentes portadores de carga elétrica. Este é o caso, por exemplo, dos compressores herméticos de refrigeração, nos quais a mistura óleo-refrigerante no interior da carcaça escoa continuamente sobre o motor elétrico. Propriedades elétricas de misturas também são importantes no projeto de sistemas de detecção de fases em escoamentos multifásicos, como sensores de impedância ou capacitivos para a determinação da fração de vazio em escoamentos bifásicos em dutos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um aparato experimental e um procedimento de medição que permita caracterizar propriedades elétricas (permissividade relativa e fator de dissipação) de misturas de óleos e substâncias voláteis sob condições variadas de pressão e temperatura. A bancada experimental, baseada em normas alemã e americanas foi validada a partir de dados experimentais de substâncias puras disponíveis na literatura. Resultados foram gerados para misturas de óleo lubrificante poliol éster (POE) ISO 10 e refrigerantes 134a e 1234yf sob condições controladas de temperatura (25 a 55 ºC) e solubilidade (0 a 100 %). Correlações empíricas foram utilizadas para a predição da permissividade relativa das misturas, com desvios RMS em relação aos resultados experimentais inferiores a 1 %.<br>

Abstract : Electrical properties of fluid mixtures are needed in the design of systems in which the process streams or working fluids come into direct contact with electrically live parts. This is the case, for instance, of hermetic refrigeration compressors, in which the refrigerant-lubricating oil mixture inside the crankcase wets the electric motor continuously. Electrical properties of fluid mixtures are also important in the design of phase fraction detectors, like impedance and capacitance void fraction sensors for two-phase flow in pipes. The purpose of this dissertation is to develop an experimental apparatus and an experimental procedure to measure electrical properties (dissipation factor and relative permittivity) of mixtures involving volatile substances (liquefied gases and refrigerants) and oils under different pressure and temperature conditions. The experimental apparatus was designed and built following the recommendations of the german and american standards for measurements of electrical properties of fluids. The procedure was verified against data for pure substances available in the open literature. Experimental results were generated for mixtures of polyol ester (POE) ISO 10 lubricating oil and refrigerants 134a and 1234yf for temperatures and solubilities ranging from 25 to 55 °C and 0 to 100 %. Empirical correlations were used to predict the relative permittivity of the mixtures, with RMS deviations with respect to the experimental data lower than 1 %.