An Approach to Detach the Thermodynamic Losses of a Reciprocating Compressor

Due to several incentives for reducing energy consumption worldwide, there is an increasingly demand for high-efficiency compressors for refrigeration systems. During the design stage of a refrigeration compressor, the designer needs to identify the main energy losses so as to propose alternatives to increase the compressor efficiency. The energy losses associated with the compression cycle are typically evaluated from the indicated diagram, which allows an accurate estimate of viscous flow losses through the suction and discharge systems, but no clear identification of piston-cylinder leakage and heat transfer losses. This paper presents a theoretical method to assess the energy losses associated with the compression chamber based on the analysis of the first law of thermodynamics, in which losses are detached into heat transfer, leakage, valve backflow and others. For this purpose, a compressor simulation model based on a transient and lumped formulation of mass and energy conservation equations is applied to the compression chamber and is validated with experimental data. A study case is performed in which the energy losses of a baseline compressor is compared with those of a 4% higher isentropic efficiency compressor. It is concluded that the typical indicated diagram analysis does not allow a clear identification of the benefits that cause the increase of 4% in isentropic efficiency, whereas the approach proposed herein and based on the first law of thermodynamics indicates that the increase of isentropic efficiency is associated with reduction in heat transfer and leakage losses during expansion and discharge processes

Development of a Lumped-Parameter Model for Hermetic Reciprocating Compressor with Thermal-Electrical Coupling

The design of high-efficiency reciprocating compressors requires good understanding of interactions between different phenomena inside the compressor. This paper describes a comprehensive model to predict the performance of reciprocating compressors with thermal-electrical coupling. The simulation of the compression cycle is based on an integral control volume formulation for mass and energy conservation. The thermal model follows steady state thermal energy balances applied to the compressor components by using global thermal conductances. Finally, the equivalent circuit method is employed to simulate a steady-state model of single-phase induction motor. The motor losses are used as heat generation in the energy equation of the thermal model, which in turn provides the motor temperature required to evaluate the windings resistances. Predictions are compared to experimental data under different operating conditions and reasonable agreement is observed

Mechanism based failure of 3D-printed continuous carbon fiber reinforced thermoplastic composites

The present work describes a computational mechanism based failure analysis conducted for 3D-printed continuous carbon fiber reinforced thermoplastic composites (CFRTPCs), which could not be seen in the available literature. The material failure is investigated based on intraply failure evaluation and adopts different failure criteria for the material constituents. The micromechanical modeling employs the Asymptotic Homogenization technique and comprises the selection of a representative volume element statistically equivalent to the microstructure of the material, which is identified from cross-section micrographs. In contrast to recent work, it is demonstrated that an additional relation is required for the macroscopic deviatoric stresses acting over the matrix. This avoids an overestimation of the matrix failure when the reinforced lamina is subjected to longitudinal and shear loads. The resulting failure envelopes are presented and compared to those provided by analytical failure theories available in the literature. The results obtained by the micromechanical approach showed its ability to predict failure of 3D-printed CFRTPCs, in addition to bring different elements for the discussion that could not be captured with analytical models. In this context, it is believed that the characteristics inherent to the microstructure reproduced in the RVE,\ua0 articularly contributed to obtaining more realistic failure envelopes

Modelagem integrada para simulação de compressores alternativos Hermétricos com ênfase no motor de indução

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016.O projeto de compressores herméticos de refrigeração busca atender altos níveis de eficiência e confiabilidade. Para alcançar esses objetivos,deve-se compreender os fenômenos físicos que ocorrem no interior do compressor e as suas interações. Nesse sentido, o desenvolvimento de modelos de simulação que considerem o efeito combinado desses fenômenos é de fundamental importância, permitindo análises sem o alto custo associado à investigação experimental. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver modelos integrados para a simulação de compressores alternativos herméticos, considerando o acoplamento de três modelos específicos: modelo termodinâmico para a solução do ciclo de compressão, modelo térmico para a previsão da temperatura dos componentes do compressor e modelo elétrico para a determinação do desempenho do motor de indução. Duas abordagens são propostas para a modelagem térmica do motor. Uma delas segue a formulação integral da equação da conservação da energia aplicada ao motor, representando-o por um único valor de temperatura. A outra considera uma abordagem de parâmetros concentrados, dividindo o motor em três componentes (rotor, enrolamentos e núcleo do estator) que interagem termicamente entre si e com os demais componentes do compressor. Dois modelos elétricos foram avaliados para o motor, um baseado no conceito de circuito equivalente e o outro em circuitos magneticamente acoplados. Após serem validados com o auxílio de dados experimentais, os modelos integrados formados pela combinação dos diferentes modelos térmicos e elétricos foram utilizados em análises do efeito de condições de operação e parâmetros construtivos do motor sobre a temperatura do motor e a eficiência do compressor. Os resultados indicam que o modelo térmico de parâmetros concentrados é necessário nas análises do efeito de modificações das dimensões do motor, geralmente caracterizado por um aquecimento não uniforme de seus componentes. Por outro lado, o modelo térmico integral é suficiente em análises térmicas associadas à variação da tensão de alimentação e da capacitância do capacitor permanente. Observou-seque a capacitância e o comprimento do pacote de lâminas do motor afetam sensivelmente a eficiência isentrópica e, em menor proporção, a eficiência volumétrica do compressor.Abstract : The design of hermetic compressors adopted in refrigeration systems must meet high levels of efficiency and reliability. In order to achieve such goals, it is necessary to understand the physical phenomena that take place inside the compressor and their interaction with each other. In this respect, the development of simulation models that consider the coupling between such phenomena is of great importance, allowing analyses much less expensive than through experiments. The main objective of this work is to develop integrated models for the simulation of hermetic reciprocating compressors by coupling three specific models: a thermodynamic model to solve the compression cycle, a thermal model to predict the temperatures of the compressor components and an electrical model to determine the performance of the induction motor. Two approaches are proposed for the thermal modeling of the electrical motor. One of them is based on an integral formulation of the energy equation, providing a single temperature for the motor. The other approach considers a lumped parameter formulation in which the electrical motor is divided into three components (rotor, stator windings and stator core) that interact with each other and the compressor components. Two modeling alternatives were assessed for the induction motor. The first follows the equivalent circuit method and the second is based on magnetically coupled circuits. After being validated via comparisons with measurements, the integrated models formed by the combination of the thermal models and motor models are used to analyze the effects of the compressor operating conditions and motor constructive parameters on the motor temperature and compressor efficiency. The results showed that the lumped parameter thermal model is necessary to analyze the effect of modifications of the motor dimensions, which usually brings about nonuniform heating of the electrical motor. On the other hand, the thermal model based on the integral formulation is sufficiently accurate for thermal analyses associated with the variation of the input voltage and permanent capacitor capacitance. It was found the variation of the capacitance and the motor active length affects considerably the isentropic efficiency, and to a lesser extent the volumetric efficiency

Investigação experimental da transferência de calor em componentes de compressores alternativos de refrigeração doméstica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009.A eficiência de compressores alternativos de refrigeração é bastante afetada pelo superaquecimento do fluido refrigerante, causada principalmente pela transferência de calor no sistema de sucção. Diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos ao longo dos anos, a fim de proporcionar um melhor entendimento da dinâmica da transferência de calor no interior do compressor e propor alternativas para a redução do superaquecimento. Porém, geralmente as análises são realizadas com base em medições de temperatura no fluido refrigerante e nos componentes do compressor, com a transferência de calor sendo estimada via balanço de energia. O objetivo principal do presente trabalho é o desenvolvimento de um procedimento experimental para a medição direta do fluxo de calor, inexistente ainda para componentes do compressor, validada a partir de balanços de energia. A partir dessas medições, estimativas de coeficientes locais de transferência de calor foram também obtidas, permitindo interpretar os modos de transferência de calor e a interação térmica entre diversas regiões do compressor. Além desta contribuição, o trabalho analisa o efeito de alguns parâmetros sobre a transferência de calor, tais como temperaturas de evaporação e de condensação, condição de transiente térmico do compressor e escoamento de óleo lubrificante sobre a superfície interna da carcaça. Observou-se que os coeficientes locais de transferência de calor nos componentes do compressor são praticamente independentes das temperaturas de evaporação e de condensação e que os fluxos de calor nesses componentes praticamente mantêm a mesma distribuição proporcional do calor total trocado. As medições permitiram também concluir que o escoamento de óleo lubrificante na superfície interna da carcaça aumenta consideravelmente a rejeição de calor do compressor para o ambiente externo e, além disto, afeta de forma significativa a interação térmica entre componentes do compressor. A investigação do regime transiente térmico do compressor revelou diferentes escalas de tempo para os componentes. Finalmente, detectou-se que, apesar da grande movimentação de óleo e gás no interior do compressor, a troca de calor por radiação é expressiva em alguns de seus componentes

Experimental Determination of Correlations for Heat Transfer Coefficients in the Suction Muffler of a Hermetic Reciprocating Compressor

The efficiency and reliability of hermetic reciprocating compressors adopted for household refrigeration are affected by the temperature distribution of their components. Simulation models developed to assist the thermal design of compressors require heat transfer coefficients in different components, usually estimated from correlations available for simplified geometries. However, the geometries of some components are complex and require more representative heat transfer coefficients. This paper presents experimental results for heat transfer coefficients obtained from measurements of heat flux and temperature in different regions of the suction muffler of a small reciprocating compressor under different operating conditions. A least square method was employed to obtain correlations for local heat transfer coefficients, which were then compared with estimates given by correlations available in the literature for simplified geometries

Divórcio impositivo

A presente monografia analisa a possibilidade jurídica do divórcio impositivo e seus aspectos práticos, através do exame do Provimento nº 09/2019, feito pelo Tribunal de Justiça de Pernambuco e do Provimento nº 25/2019, feito pelo Tribunal de Justiça do Maranhão, que deram origem ao debate sobre este novo instituto jurídico, bem como do exame do Projeto de Lei 3.457/19, que está em tramitação no Senado Federal. Tais medidas tratam, em suma, da possibilidade de obter o divórcio apenas com o requerimento de um dos cônjuges feito de forma totalmente extrajudicial, sendo o outro cônjuge apenas notificado de tal pedido, com as definições de questões acessórias sendo colocadas para um momento posterior. Foi realizada também uma breve digressão histórica dentro dos conceitos de família e do divórcio para entender o presente momento do debate sobre o divórcio impositivo. Para esse fim, foram utilizadas como metodologia a revisão bibliográfica sobre o divórcio e a análise qualitativa de julgados do Tribunal de Justiça de São Paulo, do Tribunal de Justiça do Bahia e do Tribunal de Justiça de Brasília. Foram analisadas as controvérsias doutrinárias existentes no ordenamento jurídico brasileiro para a regulamentação do divórcio impositivo. Por fim, concluiu-se ser a proposta de regulamentação do divórcio impositivo juridicamente válida, entretanto, em virtude do seu debate estar em estágio inicial, iniciado no ano de 2019, ainda sofrerá uma grande maturação doutrinária e jurisprudencial

Expanding Puck and Sch\ufcrmann Inter Fiber Fracture Criterion for Fiber Reinforced Thermoplastic 3D-Printed Composite Materials

The present work expands the application of Puck and Sch\ufcrmann Inter-Fiber Fracture criterion to fiber reinforced thermoplastic 3D-printed composite materials. The effect of the ratio between the transverse compressive strength and the in-plane shear strength is discussed and a new transition point between the fracture conditions under compressive loading is proposed. The recommended values of the inclination parameters, as well as their effects on the proposed method, are also discussed. Failure envelopes are presented for different 3D-printed materials and also for traditional composite materials. The failure envelopes obtained here are compared to those provided by the original Puck and Sch\ufcrmann criterion and to those provided by Gu and Chen. The differences between them are analyzed with the support of geometrical techniques and also statistical tools. It is demonstrated that the Expanded Puck and Sch\ufcrmann is capable of providing more suitable failure envelopes for fiber reinforced thermoplastic 3D-printed composite materials in addition to traditional semi-brittle, brittle and intrinsically brittle composite materials

Revisiting the thermal relaxation of neutron stars

In this work we revisit the thermal relaxation process for neutron stars. Such process is associated with the thermal coupling between the core and the crust of neutron stars. The thermal relaxation, which takes place at around 10 -- 100 years, is manifested as a sudden drop of the star's surface temperature. Such drop is smooth for slow cooling objects and very sharp for those with fast cooling. In our study we focus particularly on the cooling of neutron stars whose mass is slightly greater than the value above which the direct Urca (DU) process sets in. Considering different mechanisms for neutrino production in each region of the star, and working with equations of state with different properties, we solve the thermal evolution equation and calculate the thermal relaxation time for ample range of neutron star masses. By performing a comprehensive study of neutron stars just above the onset of the direct Urca process we show that stars under these conditions exhibit a peculiar thermal relaxation behavior. We demonstrate that such stars exhibit an abnormally late relaxation time, characterized by a second drop of its surface temperature taking place a later ages. We qualify such behavior by showing that it is associated with limited spatial distribution of the DU process is such stars. We show that as the star's mass increase, the DU region also grows and the start exhibits the expected behavior of fast cooling stars. Finally we show that one can expect high relaxation times for stars in which the DU process takes place in a radius not larger than 3 km.Comment: 9 pages, 15 figure

A (re)invenção dos processos educativos a partir das contribuições de uma educação ambiental crítica, significativa e transformadora : enfrentamentos possíveis às problemáticas socioambientais

Esta pesquisa tem por objetivo central apresentar formas de enfrentamento à complexa crise socioambiental contemporânea a partir de processos educativos, buscando as contribuições da Educação Ambiental Crítica, de um novo paradigma de ciências e da compreensão da escola enquanto campo de disputas de projetos tendo como referenciais que sustentam toda a investigação, as contribuições de Paulo Freire e Boaventura de Sousa Santos, além de outros autores que apresentam sua participação em temáticas específicas tratadas na tese. A metodologia utilizada é uma abordagem qualitativa de análise bibliográfica interdisciplinar, realizada no estilo bricolagem com inspirações na proposta de Joe Kincheloe, em que se trabalha nos limites dos conhecimentos, fazendo conexões através das margens que existem nas disciplinas, construindo uma análise onde não só as partes diferentes se juntam, mas se conectam criando algo novo, considerando a problemática e o contexto da pesquisa. Essa forma de pesquisar se apresenta como alternativa para temáticas complexas como a da questão central desse estudo: como a Educação Ambiental pode colaborar na (re)invenção dos processos educativos na escola e em outros ambientes, intencionalizando a formação de sujeitos críticos e atuantes nas problemáticas socioambientais da contemporaneidade? Foi proposto analisar a questão a partir de cinco partes, as quais são apresentadas em forma de artigos, independentes, mas conectados pelo objetivo central. O primeiro artigo analisa a complexidade da crise socioambiental contemporânea a partir de um tripé (epistemológico, ético-social, ambiental), que tanto a sustenta quanto aponta os caminhos de enfrentamento. Para tal, constrói relações entre diferentes autores: Edgar Morin, Humberto Maturana, Fritjof Capra, Anthony Giddens, Jürgen Habermas e Niklas Luhmann. O segundo apresenta reflexões sobre a historicidade das concepções de ciência e educação, defendendo a construção de um paradigma emergente para ambas, que forme sujeitos críticos e atuantes na sociedade. Para tal, os autores utilizados são: Thomas Kuhn, José C. Libâneo, Cipriano Luckesi e Jaqueline Moll. O terceiro e quarto artigos buscam analisar a Educação Ambiental Crítica (EAC) enquanto tendência que oferece os princípios filosóficos e metodológicos para essa formação significativa e transformadora da realidade, utilizando como autores Carlos F. Loureiro, Mauro Guimarães, David Ausubel, Marco A. Moreira, Jean Piaget, entre outros. O quinto e último artigo apresenta as relações teórico-metodológicas entre a EAC e o pensamento de Paulo Freire a partir de suas obras, ressaltando alguns conceitos e noções freirianas que as aproximam de forma complementar. São eles: temas geradores, práxis, conscientização, ser mais, inédito viável, ética universal ou da responsabilidade. É discutido suas contribuições para a (re)invenção dos processos educativos de forma a proporcionar a construção de enfrentamentos às questões socioambientais das localidades, sem perder de vista os problemas da esfera global. Construir enfrentamentos à crise socioambiental contemporânea através de processos educativos perpassa pela ação numa complexa rede, que vai desde uma mudança paradigmática na ciência e na educação, até um compromisso ético entre os seres humanos e a natureza, em que a EAC se apresenta como uma alternativa para consolidar uma nova forma de ser e estar no mundo.This research has as its main purpose to introduce forms of confrontation to the complex and contemporary socio-environmental crisis from educative processes, looking for the contributions of the Critical Environmental Education, as well as a new paradigm of sciences and the school comprehension as a field of disputes about projects, having as references that sustain the whole investigation the contributions of Paulo Freire and Boaventura de Sousa Santos, besides other authors who present their participation in specific themes treated in the thesis. The methodology used is a qualitative approach to interdisciplinary bibliographic analysis, carried out in the bricolage style with inspiration from Joe Kincheloe's proposal, in which the work is carried out at the limits of knowledge, making connections through the margins that exist in the disciplines, building an analysis where not only the different parts come together, but connect themselves, creating something new, considering the problem and the context of the research. This type of research presents itself as an alternative to complex subjects such as the central question of this study: how can Environmental Education collaborate in the (re)invention of educational processes at school and other environments, intentionalizing the formation of critical and active subjects in contemporary socio-environmental issues? It was proposed to analyze the question in five parts, which are presented in the form of articles, independent, but connected by the main objective. The first article analyzes the complexity of the contemporary socio-environmental crisis from a tripod (epistemological, ethical-social, environmental), which both sustains it and points out the ways to face it. To this end, it builds connections between several authors: Edgar Morin, Humberto Maturana, Fritjof Capra, Anthony Giddens, Jürgen Habermas and Niklas Luhmann. The second article presents reflections on the historicity of the conceptions of science and education, supporting the construction of an emerging paradigm for both, which forms critical and active subjects in society. To this end, the authors used are Thomas Kuhn, José C. Libâneo, Cipriano Luckesi, and Jaqueline Moll. The third and fourth articles aim to analyze the Critical Environmental Education (CEE) as a trend that offers philosophical and methodological principles for this significant formation and transformer of reality, using authors like Carlos F. Loureiro, Mauro Guimarães, David Ausubel, Marco A. Moreira, Jean Piaget, among others. The fifth and last article presents the theoretical and methodological relations between the CEE and Paulo Freire's thoughts based on his works, emphasizing some of Freire's concepts and notions that bring them together in a complementary way. These are generating themes, praxis, conscientization, being more, feasible unpublished, universal ethics, or ethics of responsibility. We discuss their contributions to the (re)invention of educational processes to provide the construction of confrontations to the local socio-environmental issues, without losing sight of the problems of the global sphere. Building confrontations to the contemporary socio-environmental crisis through educational processes involves action in a complex network, ranging from a paradigmatic change in science and education to an ethical commitment between humans and nature, where the CEE presents itself as an alternative to consolidating a new way of being and being in the world