Autor

Carlos Boabaid Neto


Orientador

Cláudio Melo


Data de publicação

22/03/2017


Categoria

#Teses

Resumo

O ruído emitido por um refrigerador doméstico é um fator importante. Níveis de ruído excessivos ou anômalos incomodam o usuário, gerando despesas com assistência técnica e substituição de produtos defeituosos. Dentre as diversas fontes de ruído em um refrigerador, destaca-se o ruído de expansão, originado no escoamento do fluido refrigerante através do tubo capilar. Este ruído apresenta uma natureza complexa, cujas características mudam de acordo com a variação das condições de operação do refrigerador. Objetivando ampliar a compreensão sobre o fenômeno, um estudo experimental com foco no aspecto vibro-acústico foi realizado em um refrigerador doméstico típico, empregando a medição direta do fenômeno-fonte, qual seja, a excitação acústica no escoamento de fluido refrigerante. O escoamento através do tubo capilar gera um jato bifásico turbulento, que se mostrou uma fonte importante de excitação acústica, com intensidade da ordem de 17 a 75 Pa, bastante dependente das condições de operação, e com forte oscilação, relacionada à característica oscilatória do escoamento. A excitação transmite-se para as tubulações, e daí para o gabinete, sendo capaz de gerar ruído audível. Este ruído varia em intensidade e distribuição espectral ao longo do ciclo de operação do sistema de refrigeração. Em qualquer escoamento em jato, a fonte primária de excitação acústica é a turbulência. Assim, sua intensidade está relacionada à velocidade do escoamento na descarga, que é diretamente proporcional à fração mássica de vapor neste ponto, e à razão de expansão no jato. Constatou-se que a intensidade da excitação gerada no jato bifásico é inferior à de um jato monofásico gasoso nas mesmas condições, o que é explicado pela redução da energia cinética turbulenta pela presença da fase dispersa (líquida), sendo esta redução proporcional à velocidade do jato. Mediante a visualização do escoamento, pôde-se constatar que, em uma ampla faixa de condições de operação, forma-se um vórtice na entrada do tubo capilar, que permite a este a ingestão de vapor misturado ao líquido, e esta condição resulta em menor geração acústica no jato, porém com maior oscilação. O vórtice pode ser contínuo ou intermitente, sendo que a última condição produz maior oscilação do escoamento e da excitação acústica. A presença de bolhas de vapor no escoamento no tubo capilar é capaz de gerar excitação acústica, devido ao efeito do resfriamento proporcionado pelo trocador de calor com a linha de sucção. Observou-se que esta excitação não consegue se propagar ao longo do escoamento, mas é forte o suficiente para ser transmitida localmente para a tubulação, propagando-se estruturalmente. O período inicial de funcionamento do ciclo de operação do sistema de refrigeração mostrou-se mais crítico em relação às excitações acústicas, devido à grande variação das grandezas físicas relacionadas ao fenômeno; o primeiro ciclo após uma operação de degelo mostrou-se ainda mais crítico. Níveis de excitação acústica anômalos, de intensidade muito superior aos níveis normais, foram observados em certas condições. As excitações são desproporcionais às grandezas termodinâmicas, indicando tratar-se de fenômenos de ressonância acústica. A excitação anômala denominada screech ocorre quando o tubo capilar ingere apenas fluido no estado líquido, e se combinam valores de velocidade e fração mássica de vapor elevados na descarga, condições que favorecem a probabilidade de ocorrência de choque no núcleo do jato. A excitação anômala denominada estouro (burst) ocorre quando se inicia a formação de vórtice, e a eficiência do trocador de calor é alta (baixa temperatura na saída do evaporador), indicando estar relacionada a uma maior excitação das bolhas de vapor presentes no escoamento; este tipo de excitação mostrou também maior probabilidade de gerar ruído audível. Medições de aceleração na tubulação na entrada do evaporador mostraram-se um indicador confiável da ocorrência de ambas as anomalias. Modelos matemáticos para a descrição dos fenômenos acústicos são propostos, permitindo o cálculo da potência acústica gerada pelo escoamento. Foi realizada uma análise da influência das condições de funcionamento, bem como das características dimensionais do trocador de calor tubo capilar - linha de sucção, sobre a excitação acústica. Observou-se que o aumento da temperatura de evaporação, a redução do diâmetro interno da linha de sucção ao longo do trocador de calor, e a redução do comprimento de entrada do tubo capilar mostram o potencial de reduzir a magnitude de todas as variáveis acústicas.
 

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