Compressor linear com trajetórias ótimas de pistão para congeladores de temperatura ultrabaixa

Abstract

Para comportar e transportar as vacinas destinadas a combater a doença COVID-19, houve um aumento na utilização de refrigeradores/congeladores de temperatura ultrabaixa (ULT) a fim de manter as propriedades da vacina por intervalos prolongados de tempo. Isso, somado a expectativa de aumento na utilização de sistemas refrigerativos no geral de em torno de dez vezes até 2050, resulta na necessidade de fabricar unidades ULT com elevada eficiência energética e sustentabilidade. Com essa finalidade, este trabalho propôs a implementação de um modelo numérico, na linguagem de programação Python, de um compressor linear a ser usado em um sistema ULT para armazenamento de vacinas, como alternativa aos compressores convencionais biela-manivela, que por precisarem de um mecanismo de transformação de movimento rotacional em linear e requererem óleo, apresentam perdas energéticas consideráveis e baixa sustentabilidade. Esse modelo numérico considera curvas de compressão e expansão isentrópicas sem perdas de válvula, sendo representativo dos sistemas elétrico, mecânico e termodinâmico de um compressor linear. O modelo foi validado com dados experimentais da literatura com erros menores a 6% para os parâmetros de corrente, força magnética e deslocamento do pistão, além disso, com a proposta de diferentes sinais de tensão de entrada no compressor, foi possível estudar o comportamento do gráfico Pressão-Volume e a influência desse valor na eficiência volumétrica do sistema. Observou-se que as curvas de tensão com variações muito abruptas de inclinação resultaram em uma redução de quatro vezes na eficiência volumétrica do compressor.