Análise e modelagem do bombeamento de óleo em compressores herméticos alternativos para refrigeração doméstica

Abstract

O presente trabalho apresenta uma análise de dois sistemas de bombeamento de óleo para compressores herméticos alternativos para refrigeração doméstica produzidos pela EMBRACO. O primeiro sistema é baseado em uma bomba espiral, enquanto que o segundo é baseado em uma bomba centrífuga. Ambos os sistemas também possuem um canal de alimentação espiral na parte final do sistema. Nas duas análises, optou-se pela formulação de modelos simplificados para estudar a dinâmica do óleo nos sistemas de bombeamento, uma vez que a utilização exclusiva de programas comerciais de CFD resultaria em custos computacionais proibitivos. Principalmente porque estes modelos de escoamento de óleo devem, futuramente, serem utilizados em conjunto algoritmos de otimização da geometria do sistema de bombeamento. Os sistemas de bombeamento para cada compressor foram divididos em duas partes, a bomba e o canal do eixo, modeladas separadamente. O canal do eixo, de geometria comum aos dois compressores, foi resolvido com base em um modelo diferencial para o escoamento laminar plenamente desenvolvido em um parafuso de extrusão (Campbell et alli, 1992; Li e Hsieh, 1996). Uma formulação semelhante foi proposta para a bomba espiral do compressor. Ambas as formulações foram resolvidas analiticamente a partir da Técnica da Transformação Integral Generalizada (TTIG). A bomba centrífuga foi modelada considerando a existência de um escoamento bifásico em regime estratificado no interior do canal da bomba. O modelo foi resolvido de maneira híbrida, isto é, parte analiticamente e parte numericamente. Nos modelos para os dois sistemas de bombeamento, a vazão de óleo foi calculada a partir de um algoritmo computacional que emprega o método da bisseção para acoplar a vazão de óleo e a queda de pressão na bomba e no canal do eixo, respectivamente. As soluções para o escoamento nos sistemas de bombeamento de óleo foram validadas a partir de dados experimentais obtidos na EMBRACO e de simulações em CFD. Uma vez validados, os modelos foram utilizados em conjunto com programas comerciais de otimização para a obtenção de geometrias que resultassem em um melhor desempenho da vazão de óleo nos dois sistemas de bombeamento. No caso do sistema de bomba espiral, um aumento na vazão de óleo de cerca de 30% foi obtido com a otimização da geometria do sistema de bombeamento.