Otimização do sistema de sucção de um compressor alternativo de refrigeração doméstica

Abstract

O projeto adequado do sistema de sucção é de fundamental importância no desempenho de compressores de refrigeração doméstica, tanto sob o aspecto termodinâmico como em relação à confiabilidade. O presente trabalho apresenta um procedimento de otimização para o sistema de sucção, adotando o algoritmo genético NSGA-II. As eficiências isentrópica e volumétrica são utilizadas como funções objetivo, enquanto a falha estrutural por fadiga de flexão é empregada como restrição para atender a confiabilidade da válvula. Um modelo de simulação do ciclo de compressão foi acoplado ao procedimento de otimização, com o efeito da geometria do sistema de sucção sobre escoamento na válvula sendo caracterizado através de correlações de áreas efetivas de escoamento e de força e a dinâmica da válvula sendo resolvida com o método dos elementos finitos. O procedimento de otimização proposto foi aplicado a um compressor alternativo de refrigeração doméstica, gerando soluções ótimas para a geometria do sistema de sucção, mais eficientes do que o sistema adotado no compressor de referência.<br>

Abstract: The design of the suction system of compressors adopted in household refrigeration is of fundamental importance for efficiency and reliability. This dissertation reports a procedure developed to optimize the suction system of a reciprocating compressor, by using the genetic algorithm NSGA-II. The isentropic and volumetric efficiencies are used as objective functions, while the bending fatigue failure is used as a constraint to meet valve reliability. A simulation model of the compression cycle was coupled to the optimization procedure, in which the effect of suction valve system on the flow was characterized by correlations for effective flow and force areas. The dynamics of the valve was predicted numerically by employing the finite element method. The proposed optimization procedure was applied to a reciprocating compressor of domestic refrigeration, providing optimal solutions to the geometry of the suction system that are more efficient than the original system adopted in the reference compressor.