Simulação do comportamento dinâmico do conjunto interno de compressores herméticos em baixas frequências

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017.Os sistemas domésticos de refrigeração estão cada vez mais presentes no nosso cotidiano. Nestes sistemas, a principal fonte de energia acústica e vibratória é o compressor. Este, por sua vez, é composto por um sistema moto-compressor tipicamente suspenso por molas e envolto por uma carcaça hermética. Por se tratarem de sistemas monocilíndricos naturalmente desbalanceados e sujeitos a grandes esforços devidos à compressão do gás refrigerante, o compressor é responsável por gerar e transmitir energia na forma de vibração ao refrigerador nas faixas de frequência próximas à de funcionamento. Esta dissertação analisa a configuração e geometria da suspensão do conjunto moto-compressor interno de compressores herméticos típicos e seus impactos na sua respectiva vibração. Para tal, um modelo baseado em corpos rígidos foi desenvolvido, no qual os elementos flexíveis e as forças externas aplicadas foram caracterizados através de testes experimentais e simulações numéricas. O modelo foi desenvolvido utilizando o módulo de Rigid Body Dynamics do software comercial ANSYS, onde cada elemento flexível foi representado através de um elemento equivalente que possui seis graus de liberdade, os quais podem ser restritos através de coeficientes de rigidez e de amortecimento. Já os corpos rígidos foram modelados através de uma massa e inércia equivalente. A validação do modelo numérico foi realizada utilizando a técnica experimental Operating Deflection Shape aplicado no domínio do tempo. Nesta dissertação também se utilizou o software comercial ModeFrontier para implementar um processo de otimização utilizando o algoritmo genético MOGA (Multi-Objective Genetic Algorithm) para buscar suspensões com melhor desempenho do que a atual. Analisaram-se configurações de suspensão contendo três, quatro e cinco molas, as quais apresentaram redução do nível global de vibração da carcaça do compressor superior a 40%, quando comparadas com a configuração atual de quatro molas.Abstract : Domestic refrigeration systems are increasingly present in our daily lives. In these systems the main source of acoustic and vibratory energy is the compressor. This are composed for a motor-compressor system suspended by springs and encased by an airtight shell. Because they are single-cylinder systems they are naturally unbalanced and subjected to great stress due to refrigerant gas compression. The compressor is also responsible for generating and delivering energy in the form of vibration to the refrigerator in the frequency ranges close to the operating speed. This dissertation studies the suspension geometry of the internal moto-compressor system and their impacts on the vibration energy of the compressor. A rigid bodies model was developed, where the flexible elements and applied external forces were characterized through experimental tests and numerical simulations. The model was developed using the Rigid Body Dynamics module of ANSYS where the flexible components were represented by a bushing element. This element has six degrees of freedom and can be restricted by stiffness and damping coefficients. The components considered rigid were modeled through an equivalent mass and inertia element. The validation of numerical model was performed using Operating Deflection Shape technique applied in the time domain. Also was used the ModeFrontier software to implement an optimization process using genetic algorithm MOGA (Multi Objective Genetic Algorithm) to look for suspensions with better performance than the current one. Configurations of suspension containing three, four and five springs were analyzed. All the configuration showed a reduction of the vibration energy superior to 40%, when compared with the current suspension