BRPI1005459A2

BRPI1005459A2 - filtro acéstico de descarga para um compressor de refrigeraÇço

Info

Publication number: BRPI1005459A2
Authority: BR
Inventors: Pellegrini Claudio De; Hofmann Daniel Henri Bedatty; Miguel Edson Correa; Paulo Henrique Mareze
Original assignee: Whirlpool Sa; Univ Fed Santa Catarina Ufs
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-04-09
Also published as: WO2012079141A1

Abstract

FILTRO ACéSTICO DE DESCARGA PARA UM COMPRESSOR DE REFRIGERAÇAO O filtro acústico (F) é montado em um tubo de descarga (10) do compressor e compreende um corpo tubular (20) que é internamente dividido, por uma parede divisória (23) em uma primeira câmara (C1) conectada, por uma primeira porção de tubo de descarga (11), a uma saída de gás (1) do compressor; e em uma segunda câmara (C2), mantida emcomunicação fluida com a primeira câmara (C1) , através de uma passagem (23a) na parede divisória (23), e conectada, por uma segunda porção de tubo de descarga (12), a um sistema de refrigeração (2) . A segunda câmara (C2) tem um volume que é apenas uma fração do volume da primeira câmara (C1) , de modo a produzir, através da passagem (23a), diferenças de impedância capazes de refletir pelo menos parte da energia de pulsação a ser atenuada, nas freqúências de operação do compressor.

Description

"FILTRO ACÚSTICO DE DESCARGA PARA UM COMPRESSOR DE REFRIGERAÇÃO" Campo da invenção

Refere-se a presente invenção a um filtro acústico para atenuação da pulsação gerada pelos transientes de pressão na descarga de gás de um compressor de refrigeração, por exemplo, de um compressor de refrigeração do tipo alternativo.

Antecedentes da invenção Os compressores alternativos, utilizados em sistemas de refrigeração, são geralmente providos de atenuadores de pulsação ou filtros acústicos, posicionados na descarga de gás. Tais filtros acústicos têm, por finalidade, a atenuação da pulsação resultante dos transientes de .15 pressão gerados pelo processo de compressão e descarga do gás, para o sistema de refrigeração ao qual esse último é operativamente associado. Esses filtros acústicos permitem ainda a redução do ruído irradiado, pelo compressor, para o ambiente externo. A pulsação do 2 0 gás, sendo comprimido e bombeado pelo compressor, gera uma excitação na carcaça desse último e nos dutos e componentes do sistema de refrigeração ao qual o compressor está acoplado, resultando em elevados níveis de ruído do compressor e também do conjunto formado pelo compressor e pelo sistema de refrigeração.

A atenuação de pulsação na descarga de gás de um compressor é geralmente realizada através: da restrição ao fluxo de fluido refrigerante sendo bombeado, por redução de diâmetro, obtendo-se atenuação de pulsação, pela restrição ao trajeto de energia acústica; ou da provisão de um ou mais volumes de expansão dispostos em série com a tubulação de descarga, fazendo com que a descontinuidade de impedância acústica reflita ondas acústicas de pulsação ali existentes, atenuando a pulsação transmitida.

A atenuação de pulsação, por restrição ao fluxo de gás, tem o grave inconveniente de produzir perdas de carga no fluxo de descarga, provocando uma inevitável e indesejável perda de eficiência energética no compressor. Em razão do inconveniente acima mencionado e associado à atenuação de pulsação, por restrição ao fluxo de gás de descarga, foram propostos diferentes filtros acústicos de descarga, a serem montados no tubo de descarga de gás do compressor e compreendendo, como aspectos construtivos comuns, duas câmaras de dimensões substancialmente iguais e unidas, em série, por um tubo que se projeta para dentro de cada uma delas, através de uma parede divisória comum, sendo que uma porção do tubo de descarga, proveniente do compressor, é aberta para a primeira câmara, enquanto que a segunda câmara é aberta para uma porção do tubo de descarga que conduz ao sistema de refrigeração ao qual o compressor é opérativãmente associado.

Apesar de o referido filtro acústico de descarga, compreendendo duas câmaras em série, com volumes substancialmente iguais, prover resultados positivos em termos de atenuação de pulsação, com níveis aceitáveis de perda de carga, ele é pouco eficiente para atenuar médias e alt as freqüências, por exemplo, em freqüências superiores a cerca de 2kHz. Assim, nessas construções conhecidas, exemplificadas nos documentos de patente US 4.111.278 e US 5.196.654, os elevados niveis de pulsação, em freqüências superiores a 2kHz, não são adequadamente atenuados.

Nessas construções conhecidas, quando a pulsação atinge as câmaras do filtro acústico, parte de sua energia é refletida devido à diferença de impedância encontrada, outra parte da energia é dissipada pelos volumes das duas câmaras e o restante da energia é transmitida aos elementos constitutivos do compressor e do sistema de refrigeração a ele associado.

Entretanto, como os volumes das duas câmaras são substancialmente iguais nessas construções conhecidas, em freqüências geralmente superiores a 2kHz, a diferença de impedância produzida nas duas câmaras não é suficiente para refletir uma substancial parte da energia de pulsação, permitindo que uma maior parcela dessa última seja transmitida aos elementos do compressor e do sistema de refrigeração.

Em razão da limitação de eficiência dos conhecidos filtros acústicos com duas câmaras em série e de volumes substancialmente iguais, passa a ser desejável a provisão de um filtro acústico que permita alcançar níveis melhorados de atenuação de ruído de pulsação no gás de descarga do compressor, em freqüências médias e altas, geralmente superiores a 2kHz. Sumário da invenção

Em função do acima exposto, a presente invenção tem o objetivo de prover um filtro acústico, a ser montado na descarga de gás de um compressor de refrigeração e que apresente construção compacta, de pequenas dimensões, e que seja capaz de atenuar os ruídos gerados pelas pulsações na descarga de gás, em freqüências médias e altas, geralmente superiores a 2kHz, sem produzir perdas de carga suficientes para prejudicar, de modo relevante, a eficiência energética do compressor.

0 objetivo acima é alcançado pela provisão de um filtro acústico de descarga para um compressor de refrigeração do tipo provido de uma saída de gás que é conectada a um sistema de refrigeração por um tubo de descarga, dito filtro acústico sendo montado, em série, no tubo de descarga e compreendendo um corpo tubular, com extremos fechados, e interna e transversalmente dividido, por uma parede divisória: em uma primeira câmara, para o interior da qual é aberto um extremo de saída de uma primeira porção de tubo de descarga, sendo um extremo de entrada desse último conectado à saída de gás do compressor; e em uma segunda câmara que é mantida em comunicação fluida com a primeira câmara, através de uma passagem 23a na parede divisória, e para o interior da qual é aberto um extremo de entrada de uma segunda porção de tubo de descarga, sendo um extremo de saída desse último conectado ao sistema de refrigeração.

De acordo com a invenção, a segunda câmara C2 tem um volume que representa apenas uma fração do volume da primeira câmara, fração esta capaz de produzir, através da passagem da parede divisória, diferenças de impedância suficientes para refletir pelo menos parte da energia de pulsação a ser atenuada, nas freqüências produzidas pela operação do compressor.

Geralmente, mas não obrigatoriamente, o volume da segunda câmara é de 9% a 10% do volume da primeira câmara, sendo a atenuação da energia de pulsação obtida em freqüências de operação do compressor, que se situam acima de cerca de 2kHz.

A construção acima definida permite, por meio de uma construção simples e de custo reduzido e com uma adequada relação dimensional entre os volumes da primeira e da segunda câmara do corpo tubular do filtro acústico, a obtenção de elevados níveis de atenuação dos ruídos de pulsação dos gases de descarga do compressor, mesmo em freqüências acima de 2kHz. Breve descrição dos desenhos

A invenção será descrita a seguir fazendo-se referências aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de uma materialização da invenção e nos quais:

A figura 1 representa uma vista em perspectiva do filtro acústico em questão quando montado, em série, ao tubo de descarga de um compressor;

A figura 2 representa uma vista em corte longitudinal do filtro acústico ilustrado na figura 1, com a segunda porção de tubo de descarga, definida a jusante do filtro acústico, sendo ilustrada apenas parcialmente; A figura 3 representa um gráfico ilustrando as curvas de atenuação de pulsação, em freqüências superiores a 2kHz, relativas a um filtro acústico da técnica anterior e ao filtro acústico da presente invenção;

A figura 4 representa um gráfico ilustrando as curvas representativas da parte imaginária e da parte real da impedância calculada na região de conexão entre as duas câmaras do filtro acústico;

A figura 5 representa um gráfico ilustrando os diferentes níveis de pulsação medidos na descarga do compressor, em diferentes freqüências, considerando uma descarga da técnica anterior e uma descarga utilizando o filtro acústico da presente invenção; e

A figura 6 representa um gráfico ilustrando os diferentes níveis de ruído medidos na descarga do compressor, em diferentes freqüências, considerando uma descarga da técnica anterior e uma descarga utilizando o filtro acústico da presente invenção. Descrição da invenção

Conforme já mencionado, a presente invenção está voltada a um filtro acústico F a ser aplicado a um compressor de refrigeração (não ilustrado) , por exemplo do tipo alternativo e que é provido de uma saída de gás 1, conectada a um sistema de refrigeração 2 por um tubo de descarga 10 que apresenta uma primeira porção de tubo de descarga 11, tendo um extremo de entrada 11a, conectado à saída de gás 1 do compressor, e um extremo de saída 11b, conectado ao filtro acústico F. O tubo de descarga 10 compreende ainda uma segunda porção de tubo de descarga 12, tendo um extremo de entrada 12a, conectado ao filtro acústico F, e um extremo de saída 12b que é conectado ao sistema de refrigeração 2, em disposição bem conhecida da técnica.

A primeira e a segunda porção de tubo de descarga 11, 12 são formadas em qualquer material adequado como, por exemplo, em ligas metálicas de aço ou de cobre. Apesar de não ser ilustrado nos desenhos, deve ser entendido que o extremo de saída 12b da segunda porção de tubo de descarga 12 pode ser conectado ao sistema de refrigeração 2 por meio de diferentes elementos de conexão tubulares, bem conhecidos da técnica como, por exemplo, por meio de um passador de descarga disposto através da parede de uma carcaça de um compressor de refrigeração do tipo hermético.

Conforme ilustrado nas figuras 1 e 2, o filtro acústico F, objeto da invenção, compreende um corpo tubular 20, construído em qualquer material adequado como, por exemplo, em folha metálica ou em plástico injetado, sendo fechado por paredes extremas 21, 22 e interna e transversalmente dividido, por uma parede divisória 23, em uma primeira câmara Cl e em uma segunda câmara C2, preferivelmente de formato cilíndrico e coaxiais entre si, as quais são mantidas em comunicação fluida, uma com a outra, através de uma passagem 23a, medianamente provida na parede divisória 23. A passagem 23a apresenta a forma de um furo passante, preferivelmente circular e disposto no centro da parede divisória 23.

Apesar de a passagem 23a da parede divisória 23 ser ilustrada na forma de um furo passante, ela pode tomar a forma de uma extensão tubular não ilustrada, transpassando a parede divisória 2 3 e projetando-se axialmente para o interior da primeira câmara Cl e da segunda câmara C2. Entretanto, verificou-se que o uso de uma passagem 23a em forma de extensão tubular tende a limitar a versatilidade do filtro acústico F na atenuação de pulsações do gás de descarga em freqüências de operação do compressor, superiores a 2kHz.

A fixação da parede divisória 23 no interior do corpo tubular 2 0 pode ser feita de diferentes maneiras, com o posicionamento axial desejado, definido em projeto, garantido por degrau circunferencial interno formado por uma diferença de contorno interno entre a primeira Cl e a segunda câmara C2 ou por um alinhamento de projeções radiais internas, espaçadas entre si e que podem ser obtidas por deformação do próprio material de formação do corpo tubular 20. A fixação da parede divisória 23 no interior do corpo tubular 20 pode ser obtida, por exemplo, por soldagem ou colagem. Pelo menos uma das paredes extremas 21, 22 pode ser formada em peça separada do corpo tubular 20 e a este fixada por colagem, soldagem ou outro meio adequado qualquer.

De acordo com a invenção, a segunda câmara C2 é dimensionada para ter um volume que representa apenas uma fração do volume da primeira câmara Cl, fração esta capaz de produzir, através da passagem 23a da parede divisória 23, diferenças de impedância suficientes para refletir pelo menos parte da energia de pulsação a ser atenuada, nas freqüências produzidas pela operação do compressor, impedindo que dita parte da energia de pulsação seja transmitida aos elementos do compressor e do sistema de refrigeração 2.

Geralmente, o volume da segunda câmara C2 é de 9% a 10% do volume da primeira câmara Cl, para que se obtenha a desejada diferença de impedância em freqüências

superiores a 2kHz e a conseqüente atenuação de pulsação nesta faixa de freqüência.

A figura 3 dos desenhos ilustra um gráfico das atenuações obtidas pelo filtro ^acústico em questão, em freqüências superiores a 2kHz, quando de uma excitação unitária na entrada do sistema de descarga e com a pressão sendo medida na saída do referido sistema, para cada degrau de freqüência. As curvas no gráfico, representativas das medições em um filtro acústico de descarga convencional e em um filtro acústico de descarga de acordo com a invenção, indicam as perspectivas de ganho do filtro proposto.

Deve ser entendido que o dimensionamento específico do volume da primeira câmara Cl e da segunda câmara C2 é feito em função das particularidades do projeto do compressor e do efeito de atenuação a ser obtido. As variações da relação dos volumes das duas câmaras Cl e C2 geram diferenças de impedância na região de comunicação entre elas através da passagem 23a da parede divisória 23. As diferenças de impedância, geradas na região da passagem 23a, são capazes de barrar uma substancial parte da energia de pulsação, reduzindo a parte de referida energia que, de outro modo, é transmitida ao compressor e ao sistema de refrigeração.

A figura 4 ilustra o efeito acima mencionado, representando a parte imaginária e a parte real da impedância calculada na região da passagem 23a de conexão entre a primeira e a segunda câmara Cl, C2 . Pode ser notado que a parte imaginária cresce consideravelmente a partir de 2kHz.

Al ém da diferença de volume entre a primeira câmara Cl e a segunda câmara C2, o filtro acústico F da invenção tem o extremo de saída Ilb da primeira porção de tubo de descarga 11 projetando-se axialmente para o interior da primeira câmara Cl, através da adjacente parede extrema 21 do corpo tubular 20.

Preferivelmente, a extensão da primeira porção de tubo de descarga 11, que se projeta para o interior da primeira câmara Cl, é alinhada com a passagem 23a e tem o extremo de saída Ilb posicionado em uma região da primeira câmara Cl, na qual são encontrados os nós acústicos, ou seja, os locais de baixo nível de pressão acústica, para as faixas de freqüência consideradas de interesse no projeto do compressor. Os principais modos acústicos da primeira câmara Cl são localizados na região onde se encontra o extremo de saída 11b. Desta forma, a excitação proveniente do compressor não é amplificada pelo modo acústico da primeira câmara Cl, garantindo um baixo nível de energia transmitida para a câmara seguinte, ou seja, para a segunda câmara C2.

0 alinhamento axial da extensão da primeira porção de tubo de descarga 11, interna à primeira câmara Cl, com a passagem 23a e o fato de seu extremo de saída Ilb manter com a passagem 23a uma distância reduzida em relação ao comprimento da primeira câmara Cl, permite uma redução na perda de carga provocada pelo filtro acústico no fluxo de gás de descarga quando comparada com a perda de carga nos filtros nos quais a primeira porção de tubo de descarga não se projeta para o interior da primeira câmara Cl. A pequena dimensão da câmara C2, sua geometria e o fato de a mesma ser coaxial em relação à primeira câmara Cl e ao orifício 23a, trás dois principais benefícios além da diferença de impedância nas freqüências de interesse:

1-Os modos acústicos da segunda câmara C2 estão em freqüências altíssimas, acima de 7000Hz, onde existe pouca energia de pulsação;

2- Todos os modos acústicos da segunda câmara C2 possuem seus nós acústicos no centro da mesma, região na qual se encontra a passagem 23a e na qual se encontra também o extremo de entrada 12 a da segunda porção do tubo de descarga 12.

Desta maneira, as excitações não são amplificadas pelos modos acústicos presentes na segunda câmara C2. A diferença entre os volumes da primeira e da segunda câmara Cl, C2 e o dimensionamento da seção transversal da passagem 23a, na parede divisória 23, permitem a seleção das freqüências a serem atenuadas pelo filtro acústico em questão.

0 filtro acústico F da invenção tem ainda o extremo de entreda 12a da segunda porção de tubo de descarga 12 projetando-se axialmente para o interior da segunda câmara C2, através da adjacente parede extrema 22 do corpo tubular 20. Preferivelmente, a extensão da segunda porção de tubo de descarga 12, que se projeta para o interior da segunda câmara C2, é axialmente alinhada com a passagem 23a e tem o seu extremo de entrada 12a posicionado em uma região da segunda câmara C2, na qual são encontrados os nós acústicos, ou seja, os locais de baixo nível de pressão acústica, para as faixas de freqüência consideradas de interesse no projeto do compressor, pelas mesmas razões de ganho em perda de carga e em atenuação de ruído acima descritas em relação à extensão da primeira porção de tubo de descarga 11 no interior da primeira câmara Cl.

Na construção preferida, ilustrada nos desenhos anexos, as duas câmaras Cl, C2 são cilíndricas e formadas a partir de um mesmo tubo, facilitando sua produção e permitindo que as excitações e as respostas produzidas no interior da segunda câmara C2 ocorram em suas regiões nas quais ocorrem os nós dos modos acústicos, com as vantagens acima, já anteriormente comentadas, [o] A determinação do volume de cada uma das câmaras Cl, C2, das dimensões das extensões da primeira e da segunda porção de tubo de descarga 11, 12, que se projetam axialmente para o interior da primeira e da segunda câmara Cl, C2, e ainda da seção transversal das porções de tubo de descarga 11, 12 e da passagem 23a, é feita em função do efeito de atenuação a ser obtido e da faixa de pulsação a ser atenuada em cada projeto de compressor. A figura 5 ilustra um gráfico comparativo dos níveis de pulsação medidos na saída do sistema de descarga de um compressor do tipo aqui considerado, com e sem o filtro acústico F da invenção.

A figura 6 dos desenhos anexos ilustra um gráfico comparativo dos níveis do ruído gerado por um mesmo compressor, com e sem o filtro acústico F da invenção. Conforme pode ser observado, a provisão de uma segunda câmara C2, com volume muito inferior àquele da primeira câmara Cl, permite que o filtro acústico F da invenção apresente uma maior eficiência em termos de atenuação de ruído, sem que ocorram amplificações da pulsação devido a ressonâncias da segunda câmara C2.

to] O filtro acústico da presente invenção conduz a um considerável ganho na atenuação de ruído em um espectro amplo de freqüências, particularmente de freqüências acima de 2kHz, o que não é alcançado pelos filtros acústicos conhecidos.

Claims

1. Filtro acústico de descarga para um compressor de refrigeração provido de uma saída de gás (1) que é conectada a um sistema de refrigeração (2) por um tubo de descarga (10), dito filtro acústico (F) sendo montado, em série, no tubo de descarga (10) e compreendendo um corpo tubular (20), tendo extremos fechados e sendo interna e transversalmente dividido, por uma parede divisória (23) : em uma primeira câmara (Cl) para o interior da qual é aberto um extremo de saída (Ila) de uma primeira porção de tubo (11) que tem um extremo de entrada (Ilb) conectado à saída de gás (1) do compressor; e em uma segunda câmara (C2), mantida em comunicação fluida com a primeira câmara (Cl), através de uma passagem (23a) na parede divisória (23) , e para o interior da qual é aberto um extremo de entrada (12a) de uma segunda porção de tubo (12) tendo um extremo de saída (12b) conectado ao sistema de refrigeração (2), sendo o filtro acústico (F) caracterizado pelo fato de a segunda câmara (C2) ter um volume que representa uma fração do volume da primeira câmara (Cl), fração esta capaz de produzir, através da passagem (23a) da parede divisória 23, diferenças de impedância suficientes para refletir pelo menos parte da energia de pulsação a ser atenuada, nas freqüências produzidas pela operação do compressor.

2. Filtro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o volume da segunda câmara (C2) ser de 9% a 10% do volume da primeira câmara (Cl), sendo a atenuação da energia de pulsação obtida em freqüências de operação do compressor acima de 2kHz.

3. Filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a primeira porção de tubo de descarga (11) projetar-se axialmente para o interior da primeira câmara (Cl) , através de uma adjacente parede extrema (21) do corpo tubular (20) , sendo o extremo de saída (Ilb) de dita primeira porção de tubo de descarga (11) posicionado em nós acústicos, com baixo nível de pressão no interior da primeira câmara (Cl) , em faixas de freqüência da pulsação de gás de descarga, a serem atenuadas pelo filtro acústico (F).

4. Filtro, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de a extensão da primeira porção de tubo de descarga (11) , interna à primeira câmara (Cl) , ser axialmente alinhada com a passagem (23a) da parede divisória (23) .

5. Filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de a segunda porção de tubo de descarga (12) projetar-se axialmente para o interior da segunda câmara (C2), através de uma adjacente parede extrema (22) do corpo tubular (20), sendo o extremo de entrada (12a) de dita segunda porção de tubo de descarga (12) posicionado em nós acústicos, com baixo nível de pressão no interior da segunda câmara (C2), em faixas de freqüência da pulsação de gás de descarga, a serem atenuadas pelo filtro acústico (F).

6. Filtro, de acordo, com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a extensão da segunda porção de tubo de descarga (12) , interna à segunda câmara (C2) , ser axialmente alinhada com a passagem (23a) da parede divisória (23).

7. Filtro, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 6, caracterizado pelo fato de a primeira e segunda câmara (Cl, C2) serem cilíndricas e coaxiais entre si.