Investigação experimental do retorno de óleo lubrificante e refrigerante líquido em sistemas de sucção de compressores alternativos de refrigeração

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.Compressores alternativos são amplamente empregados em sistemas de refrigeração doméstica e comercial leve. Devido à natureza de seu funcionamento, esses compressores são desenvolvidos para comprimir fluido refrigerante no estado de vapor. Entretanto, fluido refrigerante no estado líquido e óleo lubrificante circulam no sistema de refrigeração. Assim, caso líquido entre na câmara de compressão, picos de pressão muito maior que a pressão de descarga podem ocorrer e gerar tensões e deformações excessivas em diversos componentes e reduzir a vida útil do compressor. Uma bancada experimental foi desenvolvida para investigar o retorno de líquido no filtro de sução (muffler) de compressores alternativos, permitindo injeções de óleo lubrificante e fluido refrigerante líquido. Testes foram realizados com óleo puro, variando-se a pressão de injeção e mantendo fixos o volume de injeção e a condição de operação. Nos testes com fluido refrigerante líquido, adotou- se uma matriz de testes com três massas injetadas e três pressões de injeção, originando nove testes distintos para a mesma condição de operação. Os testes com óleo lubrificante mostraram que há uma relação direta entre a velocidade de injeção e o volume coletado após a saída do muffler. Em velocidades baixas, o óleo é aspirado pelo escoamento de gás após o jato colidir contra a parede oposta do muffler e conduzido para a saída. Em velocidades elevadas, observou-se uma frente de óleo formada após o impacto contra a parede oposta que se propaga em sentido contrário até alcançar o tubo de saída do muffler. Além disso, verificou-se que a solubilização de refrigerante no óleo aumenta a dispersão do óleo no muffler e a quantidade de óleo que alcança a saída. Os testes com refrigerante líquido mostraram que o volume coletado na saída do muffler depende da pressão de injeção e da quantidade de massa injetada. Nas maiores pressões de injeção, a razão entre os volumes coletado e injetado mostrou ser independente da quantidade de massa injetada. Nas menores pressões de injeção, verificou-se uma relação direta entre a razão entre os volumes coletado e injetado com a massa injetada e a vazão mássica fornecida pelo compressor.Abstract: Reciprocating compressors are widely used in domestic and light commercial refrigeration. Due to the nature of their operation, these compressors are designed to compress refrigerant fluids in the vapor state. However, liquid refrigerant and lubricating oil circulate in the refrigeration system. Thus, if liquid enters the compression chamber, pressure levels much higher than the discharge pressure can occur and generate excessive stresses and strains in several components and affect the compressor reliability. An experimental bench was developed to investigate the return of liquid in the suction muffler of reciprocating compressors, allowing injections of lubricating oil and liquid refrigerant fluid. Tests were performed with pure oil, varying the injection pressure and keeping the injection volume and operating condition fixed. In the tests with liquid refrigerant, a matrix with three injected masses and three injection pressures was adopted, resulting in nine tests for the same operating condition. Tests with lubricating oil showed a direct relation between the injection speed and the volume collected after exiting the muffler. At low speeds, the oil is aspirated by the gas flow after the jet hits against the opposite wall inside the muffler and it is then directed to the outlet. At high speeds, an oil front formed after impact against the opposite wall was observed, which propagated in the opposite direction until reaching the muffler outlet tube. It was observed that the solubilization of refrigerant in the oil increases the dispersion of oil in the muffler and the amount of oil reaching the outlet. Tests with liquid refrigerant showed that the volume collected at the muffler outlet depends on both the injection pressure and the amount of injected mass. At high injection pressures, the ratio between the collected and injected volumes proved to be independent of the amount of injected mass. At low injection pressures, there was a direct relationship between the ratio between the volumes collected and injected with the injected mass and the mass flow