Resumo

O conhecimento do processo de lubrificação das partes móveis dos compressores alternativos herméticos, sobretudo do pistão, é de importância fundamental na concepção de sistemas de refrigeração mais eficientes. A existência de uma pequena folga entre o pistão e o cilindro permite que movimentos radiais do pistão afetem a espessura do filme lubrificante e o regime de lubrificação do conjunto. Adicionalmente, os fenômenos de cavitação e restauração do filme considerando a interação óleo/refrigerante ainda não são totalmente compreendidos e merecem mais estudos para que melhorias no projeto do compressor sejam atingidas. Neste contexto, o presente trabalho propõe um estudo teórico e experimental do escoamento de óleo e refrigerante pela folga pistão-cilindro de compressores alternativos utilizados em sistemas de refrigeração de pequena capacidade. Inicialmente é proposta a construção de uma bancada para estudo experimental das características do escoamento na geometria da folga pistão-cilindro com o pistão estático. A bancada experimental é composta por uma seção de teste com um pistão e um cilindro transparente instrumentado com sensores de pressão e termopares em diversos pontos. O cilindro é apoiado sobre um conjunto de plataformas acionadas por micrômetros que permitem que a pressão do escoamento seja medida em várias posições para diferentes graus de desalinhamento entre o pistão e o cilindro. A análise teórica engloba três modelagens distintas. O primeiro modelo descreve o escoamento bifásico da mistura em equilíbrio local na geometria da folga para a situação onde o pistão é mantido estático. As equações de Reynolds e da conservação da energia foram resolvidas numericamente considerando a variação da propriedades físicas das fases para a determinação das distribuições de pressão e temperatura do escoamento. Os resultados obtidos foram comparados com os dados experimentais medidos na bancada, com o intuito de validar o modelo. O segundo modelo estende a metodologia anterior para descrever a lubrificação dinâmica do pistão, onde os movimentos do pistão e a transferência de calor no filme lubrificante foram incorporados. Parâmetros relativos ao movimento do pistão como a potência consumida e vazamento de refrigerante pela folga foram obtidos e comparados com os calculados por modelos que consideram o filme isotérmico. Por último, o terceiro modelo envolve a caracterização do processo de crescimento de bolhas individuais em misturas óleo-refrigerante submetidas a descompressões isotérmicas, onde as hipóteses de equilíbrio mecânico e termodinâmico são suspensas. Este modelo é apresentado como uma ferramenta promissora para a descrição do crescimento de bolhas que pode ocorrer no filme lubrificante relacionado à cavitação, e da formação de espuma no cárter durante a partida do compressor.

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