Análise numérico-experimental do sistema de bombeamento de óleo de um compressor hermético alternativo considerando a solubilidade entre o óleo e o fluido refrigerante

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Braga, Vitor de Melo
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/241049
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2022.
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Alguns desses fenômenos são provenientes da solubilidade entre o óleo e o gás refrigerante presentes no interior do compressor, tais como o desprendimento do gás dissolvido e a alteração das propriedades termofísicas da mistura. No entanto, o efeito desses aspectos no fornecimento de óleo ainda não foi investigado por nenhum estudo na literatura. O presente trabalho objetiva investigar experimentalmente e numericamente o sistema de bombeamento de um compressor hermético alternativo consi-derando a solubilidade entre óleo lubrificante e fluido refrigerante, explorando seus efeitos sobre o fornecimento de óleo. Para a abordagem experimental, um conceito inovador de bancada é desenvolvido, permitindo medir a vazão de óleo fornecida pelo sistema de bom-beamento do compressor na presença do fluido refrigerante e visualizar o escoamento bifá-sico de óleo e gás em pontos-chaves do sistema. Além disso, um modelo numérico é desen-volvido em um código comercial de fluidodinâmica computacional (CFD) considerando a solubilidade e calculando a transferência de massa entre o óleo e o refrigerante por meio de um modelo de cavitação proposto por Zwart et al. (2004). Os resultados do modelo numéri-co apresentaram boa concordância com as medições da bancada, com diferenças máximas de 13,9% considerando o ar como fase gasosa, e 22,4% considerando o isobutano (R600a). O modelo numérico foi também capaz de reproduzir os comportamentos físicos reveladas pe-los experimentos, tais como a redução na vazão de óleo quando o sistema de bombeamento opera com isobutano ao invés do ar na condição atmosférica ou quando há aumento da tem-peratura de evaporação do sistema.Abstract: Lubrication plays a key role in assuring the reliability of compressors. In addition to lubri-cating the bearings, the oil contributes to cooling of components, sealing of gaps, corrosion protection, among other effects. Thus, the development of numerical and experimental tools to assist the design of oil pumping systems is crucial. Furthermore, these tools must consid-er the relevant physical phenomena associated with the oil flow in the pumping system. Some of these phenomena arise from the solubility between the oil and the refrigerant gas that coexist inside the compressor, such as outgassing and the change in the thermophysical properties of the mixture. However, the effect of these aspects on the oil supply system is not available in the literature. The present work aims to investigate, both experimentally and numerically, the oil pumping system of a reciprocating hermetic compressor considering the solubility between lubricating oil and refrigerant fluid, assessing its effects on the oil sup-ply. To this extent, an innovative test bench concept is developed, allowing for the meas-urement of the oil flow rate provided by the compressor pumping system in the presence of the refrigerant fluid, and the visualization of the two-phase flow of oil and gas at key points in the system. Moreover, a numerical model is developed using a commercial code of com-putational fluid dynamics (CFD), considering solubility and mass transfer between the oil and the refrigerant by means of a cavitation model proposed by Zwart et al. (2004). The nu-merical model predicted results in good agreement with the test bench measurements, with maximum differences of 13.9% considering air as the gaseous phase, and 22.4% when the isobutane (R600a) was the gaseous phase instead. The numerical model was also able to re-produce some phenomena revealed by the experiments, such as the decrease in the oil flow rate brought about when the isobutane is used in place of atmospheric air in the test section and when the evaporating temperature of the system is increased.Deschamps, César JoséUniversidade Federal de Santa CatarinaBraga, Vitor de Melo2022-10-21T17:02:54Z2022-10-21T17:02:54Z2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis134 p.| il., gráfs.application/pdf378382https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/241049porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-10-21T17:02:54Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/241049Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732022-10-21T17:02:54Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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