التفاصيل البيبلوغرافية
| العنوان: |
Otimização do aquecedor elétrico de uma bomba de calor para AQS usando técnicas de CFD |
| المؤلفون: |
Oliveira, Rafael Alves |
| سنة النشر: |
2024 |
| مصطلحات موضوعية: |
CFD, Aquecedor elétrico, Permutador de calor, Bomba de calor, Discovery, Otimização |
| الوصف: |
A otimização dos aquecedores elétricos permite que as bombas de calor funcionem de forma mais eficiente, reduzindo o consumo de energia. Esta eficiência é essencial numa época em que a sustentabilidade energética é vital para mitigar as mudanças climáticas e reduzir a dependência de combustíveis fósseis. Durante o estágio na Bosch Termotecnologia S.A., verificou-se que a empresa utilizava métodos experimentais para aperfeiçoar o design do aquecedor elétrico de água (e-Heater ), um componente crucial das bombas de calor. Embora eficazes, esses métodos são dispendiosos e consomem muito tempo devido à necessidade de múltiplos ensaios e ajustes físicos. A adoção de simulações numéricas permitirá uma avaliação mais rápida e económica das alterações nas variáveis de controlo do design, proporcionando uma análise detalhada do impacto de cada variável no desempenho geral do componente. O principal objetivo deste trabalho é melhorar o desempenho do e-Heater através da utilização de modelação numérica, com especial enfoque na Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD). Foi selecionado o ANSYS Discovery por ser uma ferramenta de rápido processamento, desenvolvida especificamente para suportar uma análise detalhada e expedita do efeito das diferentes variáveis na eficiência do e-Heater, tanto quantitativa quanto qualitativamente. Esta ferramenta permite simular diversas alterações geométricas de forma eficiente, facilitando o desenvolvimento do produto. Para isso, foi desenvolvido um modelo numérico representativo do e-Heater em estudo e realizado um estudo de parametrização. As medidas de otimização consistiram em avaliar dois diâmetros e duas alturas das resistências internas do e-Heater, além de modificar o design do baffle de suporte. Adicionalmente, foi avaliado o impacto da adição de baffles, tanto individualmente como de forma integrada, em posições distintas: baffle intermédio e baffle inferior. Os resultados obtidos revelaram várias configurações de baffles que superam a configuração de controlo em termos de minimização de hotspots e melhoria na distribuição de temperatura. Destacou-se especialmente a configuração que contém três baffles: Baffle de Controlo, Baffle Intermédio e Baffle Inferior. Esta configuração demonstrou uma eficácia notável na gestão térmica do e-Heater. Não só eliminou hotspots, proporcionando uma temperatura mais uniforme, como também melhoro o processo de transferência de calor, aumentando a eficiência do e-Heater. Além disso, a distribuição uniforme de temperatura resultou numa diminuição da temperatura dos elementos internos, atendendo assim a outros objetivos estabelecidos. |
| Description (Translated): |
The optimization of electric heaters allows heat pumps to operate more efficiently, reducing energy consumption. This efficiency is crucial at a time when energy sustainability is vital for mitigating climate change and reducing dependence on fossil fuels. During the internship at Bosch Termotecnologia S.A., it was found that the company used experimental methods to improve the design of the Electrical Heater (e-Heater), a crucial component of heat pumps. Although effective, these methods are costly and time-consuming due to the need for multiple trials and physical adjustments. Adopting numerical simulations will enable a faster and more economical evaluation of design control variable changes, providing a detailed analysis of the impact of each variable on the component’s overall performance. The main objective of this work is to improve the e-Heater’s performance through numerical modelling, with a special focus on Computational Fluid Dynamics (CFD). ANSYS Discovery was selected for its fast processing capabilities and specific development for detailed and expedited analysis of the effects of different variables on the e-Heater quantitative and qualitative efficiency. This tool allows for efficient simulation of geometric alterations, facilitating product development. For this purpose, a representative numerical model of the e-Heater under study was developed, and a parameterization study was conducted. The optimization measures consisted of evaluating two diameters and two heights of the internal resistances of the e-Heater, in addition to modifying the design of the support baffle. Additionally, the impact of individually and integratively adding baffles in different positions (intermediate baffle and lower baffle) was assessed. The results revealed several baffle configurations that outperform the control configuration regarding hotspot minimization and temperature distribution improvement. The configuration that stood out the most included three baffles: Control, Intermediate, and Lower Baffle. This configuration demonstrated remarkable effectiveness in the thermal management of the e-Heater. It eliminated hotspots, providing a more uniform temperature and improved the heat transfer process, thereby increasing the e-Heater’s efficiency. Furthermore, the uniform temperature distribution decreased the internal elements’ temperature, thus meeting other established objectives. |
| وصف الملف: |
application/pdf |
| اللغة: |
Portuguese |
| الاتاحة: |
http://hdl.handle.net/10773/42632 |
| Rights: |
embargoed access |
| رقم الانضمام: |
rcaap.com.ua.ria.ua.pt.10773.42632 |
| قاعدة البيانات: |
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