Análise experimental da dinâmica de válvulas tipo palheta usadas em compressores de refrigeração

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Data

2018-05-28

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Compressores herméticos alternativos são amplamente utilizados em sistemas de refrigeração por compressão de vapor de pequeno e médio porte. O sistema de válvulas automáticas utilizadas para controlar os processos de sucção e descarga é um componente importante deste tipo de compressor. O estudo experimental ou analítico/numérico destes processos é bastante complexo devido, principalmente, à interação fluido-estrutura entre as válvulas e o escoamento de fluido refrigerante. Uma revisão de literatura mostra que este tema ainda merece muita atenção dos pesquisadores, em particular daqueles que necessitam de dados experimentais acurados para validação de metodologias numéricas. Este é o contexto deste trabalho, cujo objetivo é descrever a dinâmica do movimento de um modelo de válvula usada neste tipo de compressor. Sensores óticos foram utilizados para medir o deslocamento instantâneo de modelos de válvulas fabricadas em aço mola SAE 1070 com 0,4 e 0,5 mm de espessura. Os testes foram realizados para escoamentos com números de Reynolds variando de 1.500 a 19.000. A descrição da dinâmica da válvula foi apresentada pela sua amplitude, frequência, pressão máxima à montante do escoamento da válvula e pelo coeficiente de restituição no impacto entre a válvula e o assento. De uma maneira geral, identificamos que a dinâmica da válvula depende significativamente de sua rigidez, do valor de força de pré-carga que está sujeita e do número de Reynolds do escoamento que incide sobre sua superfície. O impacto entre válvula e assento também altera significativamente a dinâmica do movimento.
Hermetic reciprocating compressors are widely used in small and medium size vapor compression refrigeration systems. An important component of this type of compressor is the automatic valve system used for controlling the suction and discharge processes. The experimental or analytical/numerical study of this system is complex due to the fluid-structure interaction between the valves and the refrigerant flow. A literature review suggests that this theme still deserves attention from the researchers, in particular for those who need accurate experimental data to validate numerical methodologies. We aim to describe the dynamics of a suction valve model used in this type of compressor. Optical sensors were used to measure the instantaneous displacement of a spring-steel SAE 1070 valve model with 0.4 and 0.5 mm thickness. The tests were performed for Reynolds number of the flow ranging from 1,500 to 19,000. We present the dynamic behavior of the valve by its amplitude, frequency, maximum upstream pressure of the valve, and coefficient of restitution of the impact between valve and seat. Generally, we identify that the valve dynamics depends significantly on its stiffness, precharging force and Reynolds numbers of the flow. The impact between valve and seat also significantly change the dynamics of the movement.

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Palavras-chave

Refrigeração, Compressor, Válvula, Interação fluido-estrutura, Dinâmica da válvula, Refrigeration, Valve, Fluid-structure interaction, Valve dynamics

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