Avaliação de vazamentos internos em expansores scroll com o uso de simulação CFD

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Oliveira, F. V.
• Orientador(a): Mello, Paulo Eduardo Batista de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Expansor Scroll; Energia; Fontes alternativas; Vazamentos internos; Folga tangencial; Razão de pressão
• Palavras-chave em Inglês: Scroll expander; CFD; Internal leakages; Tangential clearance; Pressure ratio
• Link de acesso: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/3044

A geração de energia distribuída tem se tornado uma alternativa interessante para o fornecimento de energia ao economizar investimentos em linha de transmissão e reduzir as perdas. O aproveitamento de fontes de calor de baixa temperatura, geralmente rejeitadas ao meio ambiente, e a utilização da energia proveniente de fontes renováveis surgem como possíveis aplicações. Nesse contexto, a seleção do expansor (ou turbina) que deve apresentar uma alta eficiência isentrópica para otimizar a geração de energia requer uma atenção especial. Para aplicações de baixa potência (1 kW até 10 kW), o expansor scroll é o mais recomendado, de acordo com trabalhos recentes. Estudos anteriores mostram que os vazamentos internos são as principais fontes de ineficiência desse tipo de máquina. Embora o desempenho do expansor possa ser caracterizado pelo fator de preenchimento e eficiência isentrópica, não é comum observar tais resultados em pesquisas na área de simulação numérica, juntamente com a validação. Neste trabalho é estudado o efeito dos vazamentos internos sobre o desempenho de um expansor scroll ao realizar simulações transientes do escoamento compressível utilizando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). A potência gerada, o fator de preenchimento e a eficiência isentrópica são obtidos e comparados com os resultados experimentais do grupo de pesquisa. Foi verificado que o fator de preenchimento não se altera com a variação da razão de pressão, ou seja, os vazamentos internos permanecem praticamente constantes com o aumento da pressão de entrada. O aumento da folga tangencial reduz o valor da razão de pressão onde é observada a máxima eficiência isentrópica. Se comparado aos valores experimentais, as simulações mostraram potência gerada 22% superior e fluxo de massa 20% inferior. Os valores de potência são bastante satisfatórios e essa diferença pode ser atribuída ao atrito presente na máquina real. O desvio no fluxo de massa leva a concluir que no experimento estavam ocorrendo vazamentos de topo, não considerados nas simulações numéricas