Simulação numérica dos esforços dinâmicos de baixas frequências transmitidos por compressores recíprocos

Abstract

O conforto acústico do usuário é um parâmetro relevante em projetos de sistemas de refrigeração. A vibração de baixa frequência produzida pelo compressor é uma fonte importante na composição do ruído final. Esta energia vibratória é transmitida aos painéis e componentes do sistema através de caminhos de propagação. A redução dos níveis de vibração e a seleção adequada das características dos caminhos são aspectos importantes na determinação da potência acústica irradiada na baixa frequência. A fonte é caracterizada pela própria vibração do compressor. Os caminhos, pelas tubulações e isoladores que conectam o compressor ao sistema. Este estudo avalia um compressor recíproco hermético de um pistão. Estes compressores estão sempre desbalanceados, entretanto, um balanceamento parcial pode ser realizado para minimizar o efeito da vibração resultante. Técnicas experimentais são alternativas para avaliar e minimizar os níveis produzidos pela fonte e analisar a influência dos caminhos. Para a fonte, pode ser realizado um balanceamento experimental das forças inerciais. A análise experimental dos caminhos é ainda mais complexa pela necessidade de confecção de protótipos para uma vasta quantidade de aplicações do compressor. A prática experimental, portanto, restringe o domínio do problema e representa uma elevada utilização de recursos. O presente estudo utiliza ferramentas numéricas para propor modelos multicorpos e de elementos finitos para simular a vibração e os esforços dinâmicos transmitidos por compressores recíprocos. A proximidade entre os valores numéricos e experimentais proporcionou a validação dos modelos para simular, tanto a vibração do compressor, quanto as forças transmitidas pelos caminhos. A análise dos resultados proporcionou importantes conclusões que permitirão elevar a qualidade dos projetos acústicos dos compressores e dos sistemas de refrigeração.

The pleasantness of the listener is a relevant parameter on refrigeration systems design. The low-frequency vibration produced by the compressor is an important source at final noise composition. This vibration energy is transmitted through different paths to the panels and refrigeration system components. The minimization of vibration levels and a proper selection of paths characteristics are important aspects to the sound power radiated at low frequencies. The source is characterized by the compressor vibration. The paths are the tubes and isolators that connect the compressor to the system. The study evaluates a hermetic reciprocating compressor of one piston. These compressors are always unbalanced, however, a partial balancing can be done to minimize the effect of the resulting vibration. Experimental techniques are alternatives to evaluate and minimize the levels produced by the source and analyze the influence of the paths. For the source, an experimental balancing of the inertial forces can be performed. Making prototypes for a wide range of applications provides more complexity to the path experimental analysis. Therefore, experimental techniques restrict the problem domain and represent high resource request. This study uses numerical tools to propose multibody and finite elements models to simulate the vibration and the dynamic forces transmitted by reciprocating compressors. The good correlation among numerical and experimental results shows that the simulations can be used to predict the vibration and the forces transmitted by the compressor. The results analysis have provided important conclusions that allow improve the acoustic design of the compressors and refrigeration systems.