Modelagem simplificada de um compressor alternativo hermético

Abstract

Refrigeradores domésticos são essenciais no cotidiano e estima-se que existam 1,5 bilhões de unidades em uso. Apesar de ser um equipamento amplamente estudado, o seu funcionamento está muitas vezes longe do ideal, ocasionando um consumo excessivo de energia. A maioria dos refrigeradores domésticos é acionada por compressores alternativos herméticos, por isso, o objetivo deste trabalho é a modelagem termodinâmica de um equipamento desse tipo. Um modelo simplificado, baseado na aplicação das equações da conservação de massa e da energia em um volume de controle englobando a câmara de compressão, foi implementado em MATLAB para simulação do compressor em condição de operação estabilizada. As previsões do modelo foram comparadas a dados experimentais encontrados na literatura. Após a validação, o modelo foi utilizado para avaliar o efeito de modificações geométricas sobre o desempenho do compressor, analisando-se as eficiências isentrópica e volumétrica. Concluiu-se que o desempenho termodinâmico do compressor aumenta com a redução da folga pistão-cilindro, aumento do comprimento de contato pistão-cilindro e aumento da relação curso/diâmetro do pistão. O modelo se mostra como uma ferramenta importante para auxiliar no projeto de compressores alternativos herméticos de refrigeração.

Household refrigerators are essential appliances in everyday life and it is estimated that there are 1.5 billion units in use. Despite being a widely studied equipment, its operation is often far from ideal, causing an excessive consumption of energy. Most of household refrigerators are driven by hermetic reciprocating compressors, so the purpose of this paper is the thermodynamic modeling of such equipment. A simplified model was implemented in MATLAB by applying mass and energy conservation equations in a control volume encompassing the compression chamber, so as, to simulate the compressor under a steady operating condition. Simulation model predictions were compared to experimental data available in the literature. After the validation, the model was used to assess the effect of geometric modifications on the compressor performance, by analyzing the isentropic and volumetric efficiencies. It was found that the compressor thermodynamic performance increases as the piston-cylinder gap is reduced or the piston-cylinder contact length is increased or as the piston stroke to diameter ratio is incremented. The simulation model is an auxiliary tool that can be used in the design stage of hermetic reciprocating compressors adopted for refrigeration.