Resumo

O estudo da lubrificação por filme fluido em componentes mecânicos é de fundamental importância na análise do comportamento dinâmico e na determinação das perdas devido ao atrito entre as partes móveis. Em muitos casos, gases presentes no sistema podem interagir com o óleo e alterar significativamente as características da lubrificação # pela sua dissolução e desprendimento no óleo, com a formação de bolhas e até mesmo de espuma. Adicionalmente, em regiões de baixa pressão o lubrificante perde a capacidade de escoar como um filme contínuo, ocorrendo o fenômeno da cavitação. De um modo geral, o fenômeno da cavitação é tratado em modelos numéricos através das condições de contorno para a equação da pressão, que então é usada somente para o cálculo na região de filme pleno, e não para todo o domínio de solução, como seria desejável. Diversos critérios estão disponíveis para tanto, e os resultados freqüentemente são sensíveis à condição escolhida. O presente trabalho propõe o estudo da cavitação considerando as mudanças que o lubrificante sofre ao longo do escoamento no componente sendo lubrificado, considerando a liberação de gás pelo líquido e a existência de um escoamento bifásico. O modelo numérico proposto trata a mistura líquido/gás como um fluido homogêneo, cujas propriedades são calculadas em médias baseadas nas propriedades das fases constituintes. O modelo então resolve numericamente a equação da lubrificação pelo método dos volumes finitos, considerando as propriedades do fluido variáveis e sem utilizar qualquer condição de contorno intermediária O lubrificante é considerado uma mistura de óleo e refrigerante, que é bastante conhecida e amplamente estudada por sua importância em problemas de lubrificação e transferência de calor em sistemas de refrigeração. Por exemplo, na dinâmica do pistão em compressores alternativos, o lubrificante é responsável por evitar o vazamento de gás pela folga entre o pistão e o cilindro, e também deve favorecer um baixo consumo de energia reduzindo o atrito entre as partes móveis. Para avançar no entendimento do modelo bifásico, inicialmente estuda-se a lubrificação em geometrias simplificadas, como a de um mancal radial parcial, e gradativamente as simplificações são relaxadas, aplicando-se o modelo aos mancais radias plenos, onde comparações com resultados experimentais são possíveis, finalmente avançando para a solução do movimento do pistão no interior do cilindro de um compressor alternativo de refrigeração. Os resultados obtidos são comparados com aqueles obtidos utilizando métodos usuais de lubrificação, como as condições de contorno de Reynolds. Os principais parâmetros operacionais e o comportamento da mistura são variados em simulações e os resultados são apresentados e discutidos, com atenção especial a sua relação com as propriedades do fluido. O modelo explora a diferença no comportamento dos componentes estudados para duas misturas distintas de óleo e refrigerante, e também sua distinção para soluções considerando óleo puro.

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