Publicação: Uma metodologia para otimização geométrica de serpentinas de
compressores herméticos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Resumo
Este trabalho tem como objetivo geral, reduzir os níveis de ruído gerados por compressores
herméticos alternativos. Nesses compressores, o ruído é emitido, principalmente, pela
irradiação sonora oriunda da vibração da carcaça. Para tanto, apresenta-se uma
metodologia para otimização da forma geométrica da serpentina, de maneira a minimizar a
transmissão de energia através da mesma, sendo as modificações geométricas realizadas
sob o comando do método de otimização por Algoritmos Genéticos. O modelo da serpentina
foi desenvolvido em elementos finitos no código comercial ANSYS®, sendo feita a
comparação de três formas de modelagem: por elementos do tipo linha (PIPE16), casca
(SHELL63) e sólido (SOLID45). Os resultados apontaram que o modelo que utiliza
elementos do tipo linha é o mais adequado para representar a dinâmica da serpentina no
processo de otimização. Com o objetivo de generalizar a aplicação das modificações
geométricas, a metodologia contempla o cálculo de possíveis interferências entre a
serpentina e outras partes do compressor. Avaliou-se, experimentalmente, a eficácia da
metodologia através da definição de um novo problema, análogo ao problema
tridimensional, porém definido no plano. A validação foi obtida com sucesso, sendo que os
resultados experimentais apresentaram uma redução de 7,4 dB da velocidade média
quadrática da geometria otimizada em relação à não-otimizada, medida na banda de 500 a
1.000 Hz. Os efeitos da mola, instalada no tubo a jusante da mufla, também foram
avaliados, sendo concluído que a mola funciona como um dissipador de energia de
vibração da serpentina, reduzindo, dessa forma, a energia total transmitida para a carcaça.
Ao final do trabalho, realiza-se a otimização da geometria tridimensional original de projeto
do compressor para três faixas de frequência diferentes. Nesse ponto, pôde-se concluir que,
à medida que se aumenta a largura da faixa de frequência que se deseja otimizar, dois
fenômenos ocorrem no sistema, a redução da transmissão de energia diminui e o tempo
computacional solicitado aumenta.
Abstract
This paper aims to reduce the noise levels generated by reciprocating hermetic
compressors. In these compressors, the noise is emitted mainly by sound radiation due to
vibration of the housing. To minimize transmission of vibration energy through the discharge
tube, a methodology of optimization the geometric shape of the discharge tube was used.
Geometric modifications were made using the Genetic Algorithms optimization method. The
discharge tube model was developed using commercial finite element software ANSYS®.
Three forms of modeling were used: line (PIPE16), shell (SHELL63) and solid (SOLID45)
elements. The results showed that the model which uses line elements is the most
appropriate to represent the dynamics of the discharge tube. In order to generalize the
geometrical modifications, the method calculates possible physics interference between the
discharge tube and other parts of the compressors. To evaluate experimentally the
effectiveness of the methodology a two-dimensional problem, analogous of the original threedimensional
problem, was defined. The validation was successful, and the experimental
results showed a reduction of 7.4 dB of mean square velocity of the optimized geometry with
respect to the non-optimized geometry in the 500 1000 Hz frequency band. The spring,
installed downstream of the muffle, were also evaluated. The spring acts as a vibrational
energy dissipator of the discharge tube, thereby reducing the overall energy transmitted to
the housing. The three-dimensional geometry of the discharge tube was optimized for three
different frequency bands. Could be conclude that, as the width of the frequency band to be
optimized increases, the reduction in energy transmitted decreases and the computational
time increases.
Palavras-chave
Otimização, Compressores alternativos, Acústica, Vibrações, Optimization, Reciprocating compressors, Acoustic, Vibration, Otimização
matemática
Citação
FLABES NETO, Paulo Balduino. A methodology for geometric optimization of the discharge tube of hermetic compressors. 2013. 111 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. DOIhttps://doi.org/10.14393/ufu.di.2013.208