Redução das incertezas nas medições de grandezas elétricas em uma bancada de ensaios de desempenho de compressores

Abstract

O ensaio de desempenho é um dos mais importantes meios de avaliação de um compressor, tanto no desenvolvimento, quanto no controle de qualidade. Os principais resultados obtidos nos ensaios são a capacidade de refrigeração, a potência consumida e o coeficiente de performance. Mesmo normatizados e largamente empregados tais ensaios atualmente geram resultados aquém do desejado. Os ensaios são demorados # é comum que ensaios levem mais de quatro horas # e apresentam incerteza de medição muito elevada frente aos desafios atuais do mercado globalizado de refrigeração. O resultado é que tais ensaios acabam não satisfazendo às necessidades dos setores de P&D e nem mesmo do controle de qualidade das empresas. Este trabalho é parte de um projeto de aprimoramento de uma bancada de ensaios visando reduzir a incerteza de medição. Uma das componentes que mais contribuem na composição da incerteza do ensaio são as grandezas elétricas. Em particular, este trabalho foca a medição de tais grandezas. São analisados vários sistemas de medição de potência disponíveis no mercado. A falta de uma solução pronta, adequada em termos de custos e de incertezas, levou ao desenvolvimento de um sistema próprio, específico para o caso. Dentre varias concepções analisadas, o emprego de shunts, divisores resistivos e aquisição e processamento de valores instantâneos automatizados mostrou-se a mais adequada. Um protótipo foi implementado. Análises teórica e experimental # através de calibrações e ensaios # foram feitas para avaliar metrologicamente a concepção adotada e o protótipo desenvolvido. O resultado foi o alcance de significativa redução na incerteza dos ensaios, mesmo empregando instrumentos mais baratos, o que demonstrou o pleno alcance dos objetivos propostos. Performance test is one of the most important activities for compressor evaluation in product development and quality control. Some relevant results of these tests are capacity of refrigeration, power consumption and coefficient of performance. Despite these tests have been run in conformance to standards worldwide, the results currently obtained are far from the state-of-art in metrology. Normally theses tests are very time consuming taking more than four hours to complete carrying high measurement uncertainties which do not satisfy the global refrigeration market. These results mostly do not satisfy the research and development neither the quality control processes in industry. This dissertation is part of a project to improve a compressor test bench aiming on reduction of measurement uncertainty. The electrical quantities are among the most contributing components in the measurement uncertainty of performance tests results. In particular, this dissertation focuses the measurement of such quantities. Some power measurement systems available in the market are analyzed. The non-availability of a market solution which was adequate in terms of costs and uncertainties led to the development of a specific measurement system. Among the analyzed conceptions, the use of current shunts, resistive voltage dividers and automated acquisition and processing of instantaneous values was revealed the most adequate. A prototype was implemented and analyzed theoretically and experimentally - through calibrations and tests # for metrological confirmation. A significant reduction in the uncertainty of compressors performance tests was reached even using low cost instruments. The obtained results fully agree with the stated objectives of this dissertation.