Análise de efeitos de inércia e geométricos sobre o vazamento em válvulas de compressores considerando formulação de gás real

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.Válvulas do tipo palheta são empregadas em compressores de refrigeração para controlar os processos de sucção e descarga de fluido refrigerante durante o ciclo de compressão. Quando estão fechadas, as válvulas devem promover a vedação adequada do orifício de passagem do gás evitando o vazamento entre as câmaras de compressão e sucção/descarga. Contudo, essa vedação não é completa devido a imperfeições geométricas existentes nas superfícies da válvula e do assento, que dão origem a folgas na região de contato entre ambos, permitindo o vazamento de fluido refrigerante entre câmaras de gás a diferentes pressões. Além disso, o carregamento de pressão também causa a deflexão das válvulas e isso favorece ainda mais o vazamento. Estudos recentes mostraram que o impacto do vazamento que ocorre nas válvulas pode ser significante no desempenho de compressores alternativos de refrigeração doméstica, principalmente em compressores para baixas capacidades de refrigeração e que não utilizam óleo lubrificante. O presente trabalho apresenta uma análise numérica dos efeitos de diferentes aspectos do escoamento sobre o vazamento em válvulas de compressores de refrigeração doméstica. Os resultados mostraram que efeitos de inércia no escoamento de gás e na dinâmica de deformação da válvula podem sem desprezados. Além disso, o estudo também mostrou que a formulação de gás ideal é adequada para o fluido refrigerante nas condições de operação do compressor. Por outro lado, verificou-se que a geometria real da válvula, incluindo a presença do engaste, deve ser incluída no modelo para estimativas corretas de vazamento.Abstract : Reed type valves are adopted in refrigeration compressors to control the suction and discharge processes and should prevent gas leakage when closed. However, valve sealing is not perfect due to geometric imperfections that give rise to gaps in the region between the valve and seat. Moreover, the pressure load on the valve also increases the leakage gap. Recent studies have shown that valve leakage may significantly affect the performance of oil-free reciprocating compressors adopted in household refrigerators. The present work reports a numerical analysis of leakage in reed type valves of small refrigeration compressors, with special attention to the effects of different aspects that affect the phenomenon. The results showed that effects of inertia in the gas flow and valve dynamics can be neglected. In addition, the study also showed that the ideal gas formulation is suitable to simulate the refrigerant fluid flow. On the other hand, it was found that the actual geometry of the valve, including the presence of clamps, should be included in the model for correct leakage predictions.