Metodologias de caracterização de falhas no compressor centrífugo de turbocompressores automotivos

• Autor(a) principal: Oscar Ricardo Sandoval Rodríguez
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/30170
• topic: Turbocompressor; Termodinâmica; Rotodinâmica; Irradiação acústica; Falhas; Compressor centrífugo; Engenharia mecânica; Automóveis - Motores - Turbocompressores; Falha de sistema (Engenharia); Termodinâmica

O motor de combustão interna é a tecnologia mais difundida no setor automotivo, determinando fatores como a mobilidade e o planejamento urbano. A turboalimentação é uma das tecnologias mais utilizadas para atender os regulamentos internacionais quanto a emissões e consumoespecíficodecombustível,omercadoprojetacrescimentoemtodasasregiõesmundiais, principalmente nos mercados emergentes. Nesse cenário, a tecnologia da turboalimentação exigemétodoscomputacionaisqueaumentemaconfiabilidadedossistemas. Nestetrabalhosão desenvolvidas e aplicadas três metodologias para caracterizar dois tipos de falha no compressor centrífugo de um turbocompressor automotivo. Uma falha refere-se ao desbaste do rotor do compressor devido ao impacto de objetos estranhos e a outra, ao desbaste devido a grandes desbalanceamentos,àfaltadelubrificaçãoeàerosãopelasmoléculasdeáguapresentesnarecirculação de gases de exaustão de baixa pressão. Quatro compressores centrífugos Garrett TA31 foram utilizados para comparar as mudanças que ocorrem após a falha através da metodologia termodinâmica, rotodinâmica e acústica. Na metodologia termodinâmica foram utilizadas duas técnicas para caracterizar as falhas do rotor do compressor. A primeira técnica foi denominada de caracterização geométrica, pois visou identificar as alterações nos mapas termodinâmicos através de parâmetros geométricos. Também, foi utilizada a caracterização através dos índices de desempenho. Na metodologia rotodinâmica, foi caracteriza a vibração da carcaça do compressor em todo o regime de funcionamento, analisando-se as amplitudes e as frequências utilizandoatransformadadiscretadeFourier. Nametodologiaacústica,foiutilizadoummétodo de medição experimental da irradiação externa do compressor centrifugo, em conjunto a uma técnicadedecomposiçãodeondasacústicasquequantificaosníveisdeintensidadeirradiada. O resultado da caracterização pela técnica geométrica apresentou que as pequenas mudanças nos pontos de funcionamento foram identificas pelos índices geométricos, principalmente os que apresentaram tendências de variação quando o desbaste era maior. Por outra parte, os índices dedesempenhomostraramquefoipossíveldeterminarasalteraçõesdageometriadorotorcompressor inclusive pela medição de grandezas estáticas. Quanto à metodologia rotodinâmica, os trêseixosdacarcaçadocompressorapresentarammodificaçõesquantoemamplitudeefrequência referentes à modificação do rotor, principalmente na região da frequência sub-síncrona. Por suavez,ametodologiaacústicaapresentoupequenasmodificaçõesdevidoaodesbastedorotor. Finalmente, este trabalho demonstra que foi possível desenvolver ferramentas computacionais que permitam avaliar continuamente o estado de desempenho do compressor centrífugo, seja pela medição das características de temperatura e pressão do ponto de operação, ou pelo sinal de aceleração do conjunto, pois em cada uma dessas metodologias foram observadas grandes variações quando comparadas ao estado novo do componente.