Modelagem do vazamento de gás em válvulas automáticas de compressores

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012Compressores de refrigeração adotam válvulas automáticas que abre e fecham em função da diferença de pressão entre a câmara de compressão e as câmaras de sucção e descarga. A especificação dessas válvulas é um dos passos mais importantes do projeto de um compressor de alta eficiência. Por exemplo, se a vedação da válvula não é completa, devido a irregularidades superficiais ou desalinhamentos, vazamento de gás pode ocorrer e reduzir de forma significativa o desempenho do compressor. Esta dissertação apresenta um modelo de simulação desenvolvido para prever vazamento de gás em válvulas de compressores. O óleo lubrificante em compressores também atua como elemento vedante em válvulas. No entanto, uma vez que pouca informação está disponível sobre a quantidade de óleo que realmente existe entre a válvula e o assento, a presença do óleo foi desprezada no modelo. A diferença de pressão entre a câmara de compressão e as câmaras de sucção e de descarga origina a força motriz do vazamento de gás em válvulas. O modelo proposto assume uma formulação de escoamento unidimensional através do micro canal formado entre a válvula e o assento, considerando os efeitos de atrito viscoso, compressibilidade, rarefação do gás e flexão da válvula devido ao carregamento de pressão. Simulações são realizadas para uma faixa ampla de diferenças de pressão que atuam sobre o escoamento na folga da válvula ao longo do ciclo de compressão de um compressor alternativo de refrigeração doméstica. Os resultados mostram que o vazamento de gás nas válvulas de sucção e descarga podem comprometer as eficiências volumétrica e isentrópica do compressor e que a flexão da válvula e a rarefação do gás são parâmetros muito importantes da análise.<br>Abstract : Refrigeration compressors adopt valves that automatically open due to the pressure difference between the compression and suction/discharge chambers. The specification of such valves is one of the most important steps in the design of a high efficiency compressor. For instance, if the sealing of the valve is not complete due to surface irregularity or misalignment, gas leakage will occur and significantly reduce the compressor performance. This thesis reports a simulation model developed to predict gas leakage in compressor valves. The lubricating oil in compressors acts also as a sealing element for valves. However, since very little information is available about the amount of oil that is actually present between the valve and its seat, the presence of oil has been neglected in the model. The pressure difference between the compression and suction/discharge chambers is the driving force of gas leakage through valves. The model developed in the present work assumes a one-dimensional flow through the micro channel formed between the reed valve and its seat, considering the effects of viscous friction, compressibility, gas rarefaction and valve bending into the port due to pressure load. Computations are carried out for a wide range of pressure differences that prevail in the valve clearances during the complete compression cycle of a small reciprocating compressor designed for household refrigeration. Results show that gas leakage in the suction and discharge valves significantly affect the compressor volumetric and isentropic efficiencies and that valve bending and gas rarefaction are very important parameters of the analysis