Medição indireta da pressão instantânea no interior do cilindro de compressores alternativos mediante a deformação da biela

Abstract

O diagrama que relaciona pressão e volume instantâneos de um compressor é muito empregado para analisar sua eficiência e a condição de suas válvulas. A avaliação experimental do diagrama requer a medição da pressão instantânea no cilindro, mas a maioria das técnicas disponíveis requer a instalação de um transdutor de pressão em um furo conectado ao cilindro, acarretando volume morto adicional e erros de fase e amplitude. Este trabalho propõe e avalia experimentalmente a medição indireta da pressão no interior do cilindro por meio da utilização de extensômetros na biela, o que não altera as características originais do cilindro. Para aplicar o método, descreve-se a caracterização do comportamento estático e dinâmico da biela instrumentada. Para a caracterização do comportamento estático foram usados dois métodos: o de pesos conhecidos e o de pressões conhecidas. Para a caracterização dinâmica foram realizados os seguintes ensaios: ensaios a vazio, ensaios de pressão dinâmica aplicada externamente e ensaios de resposta a impacto mecânico. Por fim, o método proposto foi aplicado a ensaios em um ciclo termodinâmico a quente e apresentou erros máximos da ordem de 350 mbar em relação ao método de referência, com a vantagem de não ser intrusivo.

Abstract: The diagram that relates instantaneous pressure and volume of a compressor is largely used to analyze the efficiency and the condition of its valves. Obtaining the diagram experimentally requires the measurement of the instantaneous pressure in the cylinder, but most available techniques require the installation of a pressure transducer in a bore connected to the cylinder, causing additional clearance volume and errors of phase and amplitude. This dissertation proposes and evaluates experimentally the indirect measurement of pressure inside the cylinder through strain gauges in the connecting rod, which does not change the original characteristics of the cylinder. To apply this technique, the characterization of the static and dynamic behavior of the instrumented connecting rod is described. Two methods were used to characterize the static behavior: known weights and known pressures. The following experiments were used for the dynamic characterization: test without the valve plate, external dynamic pressure test, and impact response test. Finally, the proposed method was applied in tests with a thermodynamic hot cycle and presented maximum errors on the order of 350 mbar compared to the reference method, with the advantage of being non-intrusive.