Transferência de calor em componentes de um compressor de refrigeração doméstica durante transientes térmicos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012A transferência de calor possui um papel de grande importância na eficiência e na confiabilidade de compressores. O objetivo deste trabalho é avaliar experimentalmente a transferência de calor em componentes de um compressor alternativo de refrigeração doméstica durante transientes térmicos que ocorrem na operação do tipo liga/desliga em sistemas de refrigeração. Este estudo é necessário visto que este fenômeno é bem distinto daquele que ocorre na condição de equilíbrio térmico definida em norma para testes de compressores em calorímetros. Medições de temperatura no óleo lubrificante e no fluido refrigerante em alguns pontos do ambiente interno do compressor são também realizadas, a fim de permitir a avaliação de coeficientes locais de transferência de calor. A investigação revelou a presença de diferentes escalas de tempo associadas aos processos de transferência de calor nos diversos componentes durante o transiente térmico. Além disto, observou-se que os escoamentos de óleo lubrificante e de refrigerante induzido pelo mecanismo de acionamento do pistão são responsáveis pela intensificação da troca de calor em diversas regiões do compressor. Notou-se também que o fluxo de calor em algumas regiões é bastante alterado pelo regime de operação cíclico. Por exemplo, a região frontal do muffler de sucção apresenta valores de fluxo médio de calor, nas condições transientes, da ordem de 70% do obtido em regime permanente. Além disto, as temperaturas do óleo lubrificante e do motor na operação cíclica são bem inferiores àquelas de regime permanente.<br>Abstract : Heat transfer has a major role in the efficiency and reliability of reciprocating compressors adopted in household refrigeration. The objective of this study is to evaluate the heat transfer in several components of the compressor during thermal transients that occurs in the usual on/off operating condition of refrigeration systems. In fact, this is an important aspect since virtually all analyzes consider the condition of thermal equilibrium. Measurements of temperatures in the lubricating oil and in the refrigerant at different locations inside the compressor are also performed to allow the evaluation of local heat transfer coefficients. The investigation revealed the presence of different time scales associated with the heat transfer process in each component during the thermal transient. It has also been observed that the flow of refrigerant and lubricating oil induced by the crankshaft mechanism greatly affect the heat transfer process in different regions of the compressor. As far as the thermal transient is concerned, the heat flux in some regions was seen to be significantly affected by the cyclic operating condition. For instance, mean heat flux on the surface of the suction muffler in the cyclic condition is approximately 70% of that obtained in the thermal equilibrium condition. Moreover, the temperatures of both the lubricating oil and the electric motor in the cyclic condition are significantly smaller than those achieved in the thermal equilibrium condition