Tratamento de dados

Cada teste finalizado para uma determinada condição de operação fornece três arquivos de saída de dados. Dois deles são provenientes das aquisições de parâmetros da bancada de ciclo quente e o terceiro associado a aquisições de sinais de temperatura e de fluxo de calor no compressor. Dos dois primeiros, são extraídas médias dos valores dos parâmetros indicados na secção 5.2.1., adquiridos durante quarenta e cinco minutos de teste. Isso corresponde a uma média de 5400 pontos, considerando a taxa de aquisição de 2pps adotada neste caso. Dentre os parâmetros registrados nesse arquivo, alguns são empregados no cálculo do balanço de energia aplicado ao compressor, conforme a ser detalhado no Capítulo 6. Do segundo, obtém-se valores médios de temperatura e de fluxo de calor medidos em diversas posições do compressor. O valor médio de cada variável, seja de temperatura ou de fluxo de calor, é extraído de 900 pontos, uma vez que os dados são adquiridos durante quinze minutos a uma taxa de 1pps.

Após a determinação dos valores médios, são necessárias correções em algumas medições como, por exemplo, nas leituras fornecidas pelos SFC’s. De acordo com o que foi apresentado no Capítulo 3, a sensibilidade dos SFC’s fabricados pelas empresas OMEGA, RdF e Vatell varia com a temperatura e necessita de uma correção, caso as medições sejam realizadas em temperaturas diferentes daquela na qual o mesmo foi calibrado. A curva que descreve a correção necessária é fornecida pelos fabricantes e foi empregada na etapa de pós-processamento. Alguns SFC’s, instalados nas regiões que apresentam os maiores níveis de temperatura no compressor, apontaram mudança de até 6% no valor da sensibilidade fornecido pelo fabricante, o qual foi obtido em um procedimento de calibração sob uma temperatura bem menor.

CAPÍTULO 5 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

113 Além da correção mencionada acima, é necessário efetuar uma correção nas medições de fluxo de calor realizadas pelos SFC’s instalados na parede externa da carcaça, em virtude da diferença entre as emissividades da superfície da carcaça e da fita de alumínio que reveste os sensores. É de extrema importância que tal correção seja feita, pois a diferença entre as temperaturas da carcaça e da vizinhança, representada pela parede interna do BOX, são significativas. Isto faz com que a parcela de troca de calor por radiação se situe acima de 30% do total de calor trocado, como será visto no Capítulo 6.

Com base nas duas correções supracitadas, a correção na leitura do valor da troca de calor é realizada através do emprego da seguinte expressão:

i RAD i SFC RAD i SFC i q q q q" = " , − " _ , + " , (5.2)

onde q”i é o fluxo de calor corrigido sobre uma determinada região i da parede externa da

carcaça, q”SFC,i é o fluxo de calor indicado pelo SFC após a correção em relação à

temperatura, e q”RAD_SFC,i e q”RAD,i são as parcelas radiativas de fluxo de calor do SFC e

da parede externa da carcaça.

Assumindo que a parede externa da carcaça e a fita de alumínio que reveste o SFC possam ser tratadas como corpos cinza12, o fluxo de calor por radiação em tais superfícies pode ser estimado através de:

(

)

"_RAD T_SUP T_VIZ

q =σε − (5.3)

onde σ é a constante de Stefan-Boltzmann, ε é a emissividade superficial, TSUP é a

temperatura da superfície e TVIZ é a temperatura da parede interna do BOX, medida pela

termoresistência PT100PBOX. O valor de ε foi estimado com base em medições de

temperatura através da técnica de termografia infravermelha. Tal técnica consiste na captação de radiação infravermelha através de uma câmera infravermelha e sua transformação em um campo de temperatura da superfície em análise. O campo de temperatura é visualizado em um termovisor, ou display. Porém, para uma interpretação correta do campo de temperatura, deve-se fornecer o valor representativo da emissividade

12 _{Corpo cinza é a denominação dada ao corpo cuja emissividade e absortividade são independentes do}

comprimento de onda e da direção, sendo unicamente função da temperatura. A radiação emitida por um corpo cinza é considerada difusa.

CAPÍTULO 5 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

térmica da superfície. Como a emissividade é a variável a ser determinada nessa medição, instrumenta-se um termopar na superfície em análise e ajusta-se o valor da emissividade térmica da superfície de tal forma que a temperatura fornecida pela câmera seja a mais próxima possível do valor lido pelo termopar.

Como a emissividade térmica de uma superfície varia com sua temperatura, foram realizadas medições a 50ºC e a 80ºC, obtendo-se valores para a emissividade térmica iguais a 0,88 e 0,74, respectivamente. O campo de temperatura da parede externa da carcaça do compressor, nas condições de operação (-23,3ºC/40,5ºC) e (-23,3ºC/54,4ºC), se encontra dentro da faixa de temperaturas utilizada para estimativa da emissividade térmica (50ºC – 80ºC). Assim, para essas duas condições de operação, os valores de emissividade térmica da superfície foram calculados através de interpolações lineares baseadas nos dois valores obtidos via termografia infravermelha. Por outro lado, a condição de operação (-10,0ºC/90,0ºC) apresenta regiões da carcaça que atingem níveis de temperatura de até 95ºC, de forma que neste caso foi realizada uma extrapolação linear para caracterizar a emissividade. Deve ser mencionado que a emissividade térmica da fita de alumínio polido foi considerada como sendo igual a 0,2 em todas as situações.

Finalmente, substituindo a equação (5.3) na equação (5.2) e rearranjando os termos, obtém-se:

(

)

(

)

,

"

"i q SFCi CARC FA TSUP TVIZ

q = +σ ε −ε − (5.4)

onde εCARC e εFA representam as emissividades térmicas da parede externa da carcaça e da

fita de alumínio que reveste o SFC, respectivamente.

Uma vez realizada a correção em relação à radiação, todos os dados obtidos experimentalmente estão prontos para serem manipulados. O valor de q”i, obtido da

equação (5.4), é inserido na equação (5.1) para o cálculo da taxa de transferência de calor na parede externa da carcaça.

Analogamente, as medições de fluxo de calor na parede interna da carcaça são corrigidas em função da temperatura. Em alguns componentes, a presença do escoamento de óleo torna a contribuição da radiação muito pequena. No entanto, em outros componentes o papel da radiação poder ser significativo. Porém, devido à complexidade geométrica do compressor e a dificuldade de caracterizar as emissividades das superfícies

CAPÍTULO 5 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

115 envolvidas, não foi possível proceder uma correção no fluxo de calor indicado pelo SFC, da forma como realizada para a superfície externa.

Além do balanço de energia na carcaça, análises de diferentes aspectos foram efetuadas com base nas medições de fluxo de calor e temperatura no compressor, podendo ser destacados:

• Transferência de calor em componentes do compressor, sob diferentes condições de operação;

• Análise de coeficientes de transferência de calor locais entre componentes do compressor e o fluido refrigerante, sob diferentes condições de operação; • Análise do efeito do óleo na transferência de calor na carcaça do compressor; • Análise da transferência de calor durante o transiente térmico do compressor na

condição -23,3ºC/40,5ºC.

No próximo capítulo, os resultados e as análises dessas investigações são apresentados.