Pontos críticos da instrumentação

A instrumentação do compressor é uma atividade que requer um grande cuidado, principalmente na fixação correta dos SFC’s e dos termopares junto às superfícies de interesse, bem como no posicionamento dos fios dos sensores no interior do compressor.

Como já mencionado, na fixação de um SFC junto a uma parede, deve-se evitar a presença de uma resistência de contato. No presente trabalho, este efeito foi minimizado com a aplicação de uma camada de pasta térmica entre as superfícies dos SFC’s e da parede externa da carcaça. Contudo, no interior do compressor, utiliza-se um adesivo epoxi, o qual, além de atuar como fixador, também reduz a resistência de contato.

Os SFC’s OMEGA, em especial, requerem um maior cuidado durante a aplicação da pasta térmica, pois apresentam uma superfície ranhurada, fruto do processo de fabricação. Tais ranhuras, se não preenchidas adequadamente com pasta térmica, terminam por enclausurar um volume de ar. Como o ar é um excelente isolante térmico, a sua presença na interface entre o SFC e a parede induz um desvio das linhas de fluxo de calor que atravessam o SFC, implicando em uma medição errônea, conforme ilustrado na Figura 5.11.

Uma grande dificuldade na medição do fluxo de calor, para a qual deve-se estar atento na fixação dos SFC’s, refere-se à descaracterização do fluxo de calor local em função da presença do próprio sensor sobre a superfície. A resistência térmica da condução de calor imposta pelo SFC deveria ser praticamente nula, a fim de não comprometer a medição do fenômeno.

Uma forma de evitar um acréscimo significativo da resistência térmica de condução consiste em minimizar a espessura da camada de pasta térmica (ou de adesivo epóxi). De fato, da mesma forma que a ausência de pasta térmica pode ser prejudicial, através da distorção das linhas de fluxo de calor devido à resistência de contato, a aplicação de uma espessura exagerada pode aumentar a resistência térmica da montagem consideravelmente. Por este motivo, a aplicação da camada de pasta térmica (ou de adesivo epóxi) deve ser realizada com muito cuidado durante a instrumentação. A Figura

CAPÍTULO 5 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

5.12 mostra um esquema da associação de resistências térmicas proveniente da instrumentação da parede externa da carcaça do compressor.

(a)

(b)

Figura 5.11 - Esquema da montagem do SFC junto à superfície externa da carcaça. (a) Montagem sem utilização de pasta térmica com conseqüente desvio das linhas de fluxo de calor e (b) montagem com pasta térmica.

CAPÍTULO 5 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

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Figura 5.12 – Efeito da resistência térmica de condução na medição do fluxo de calor. As

temperaturas da superfície e do ambiente externo do compressor são representadas por TSUP e TBOX,

respectivamente.

Outra questão referente à presença do SFC ainda deve ser ressaltada, a qual concerne à perturbação causada pelo mesmo em escoamentos, quando instalado em superfícies expostas à convecção natural. Tal mecanismo de troca de calor é muito sensível ao acabamento superficial da região sobre a qual atua, de modo que a presença do SFC pode induzir movimentações turbulentas no escoamento, descaracterizando o fenômeno original.

O terceiro e último fator que também exige muito cuidado durante a instrumentação é o posicionamento dos fios dos SFC’s e dos termopares no interior do compressor. No entanto, antes de abordar esse tópico, convém esclarecer a maneira pela qual os fios de instrumentação são conduzidos do interior para o exterior do compressor.

Os compressores utilizados para as atividades de pesquisa apresentam uma alteração na estrutura da carcaça em relação aos compressores comercializados. Enquanto os últimos têm a carcaça fechada hermeticamente através de solda, os compressores para testes são dotados de uma união flangeada, a fim de facilitar o acesso ao lado interno do compressor para fins de instrumentação. A Figura 5.13 mostra as carcaças original e modificada do compressor.

Entre as bordas flangeadas da carcaça e da tampa, são colocadas duas juntas de borracha com o mesmo formato das bordas. À medida que as bordas são aparafusadas no fechamento da carcaça, as juntas de borracha se deformam, conferindo boa vedação ao compressor.

Devido à excelente característica de deformação oferecida pela borracha, a passagem dos fios de instrumentação do interior para o exterior do compressor pode ser realizada entre as duas juntas. Com o intuito de garantir uma vedação ainda melhor, aplica-se uma camada de gel de silicone entre os fios e as juntas. A Figura 5.14 mostra

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uma foto do compressor aberto, com destaque para o posicionamento dos fios dos sensores sendo conduzidos do interior para o exterior da carcaça.

(a) (b)

Figura 5.13 – Carcaça do compressor EGX90HLC (a) comercializado e (b) protótipo.

Figura 5.14 – Saída dos fios de instrumentação do compressor.

Como discutido no Capítulo 1, a bomba de óleo do compressor succiona o óleo depositado no cárter e o transporta para a região superior do compressor, lançando-o contra a parede interna da tampa da carcaça. Devido ao impacto do jato contra a superfície da carcaça, uma parte do óleo cai diretamente sobre o kit e escoa sobre seus componentes até chegar ao cárter novamente, enquanto que a outra parte forma uma voluta (ou filme de óleo) que escoa ao longo da parede da carcaça, chegando também ao

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105 cárter. O filme de óleo que escoa sobre a parede interna da carcaça afeta muito a distribuição do fluxo de calor na parede, de forma que qualquer alteração local desse escoamento pode modificar a transferência de calor resultante.

Diante do exposto, torna-se de suma importância acomodar da forma mais adequada possível os fios no interior do compressor. Se mal posicionado, um fio pode distorcer o filme de óleo que escoa sobre um determinado SFC, alterando significativamente o fluxo de calor local e descaracterizando a medição que deveria representar uma determinada área. Deve ser ressaltado que este problema pode ocorrer também devido à deformação das duas juntas de borracha utilizadas para vedação do compressor na região da borda flangeada. Caso não se tomem os cuidados necessários, parte da borracha da junta pode ser deslocada para o interior do compressor, em virtude da deformação durante o aparafusamento da carcaça, criando uma espécie de anteparo capaz de desviar o escoamento de óleo. Por este motivo, deve-se confeccionar a junta de borracha com dimensões reduzidas em relação à borda flangeada, evitando assim que sua deformação origine este tipo de anteparo no interior do compressor, como ilustrado na Figura 5.15.

Apresentados os pontos críticos de instrumentação, aborda-se a seguir o procedimento de teste, compreendendo desde a inserção do compressor no interior do BOX da bancada de ciclo quente até o tratamento dos dados de saída dos testes.

(a) (b)

Figura 5.15 – Esquema do filme de óleo escoando sobre a parede interna da carcaça do compressor e SFC. (a) sem deformação da borracha para o interior do compressor e (b) com deformação e conseqüente desvio do filme de óleo.