Desenvolvimento de um sistema de aquecimento de água corrente sem recurso a combustíveis fósseis

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gomes, Inês Isabel Bonito
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/50566
Resumo: Tese de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
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spelling Desenvolvimento de um sistema de aquecimento de água corrente sem recurso a combustíveis fósseisAQSSimulação numéricaDinâmica de fluídosIndução eletromagnéticaTeses de mestrado - 2021Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia do AmbienteTese de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasNo âmbito desta dissertação foi realizado um estudo de configuração e otimização de um sistema de aquecimento de águas quentes sanitárias (AQS) através de indução eletromagnética (IEM) recorrendo a ferramentas de simulação numérica. O principal objetivo foi explorar uma potencial alternativa aos sistemas de aquecimento elétricos de AQS existentes no mercado apresentando como principal vantagem a segurança para os utilizadores, uma vez que o aquecimento da água através de IEM é feito de forma indireta sem possibilidade de fuga de corrente elétrica para a água, evitando o perigo de eletrocussão. Para o desenho dos componentes do sistema recorreu-se ao software de desenho assistido por computador (CAD) SolidWorks. As simulações de dinâmica de fluidos foram feitas através da ferramenta computacional de multi-física de análise de elementos finitos FlowSimulation e, para as simulações eletromagnéticas, a ferramenta EMWorks, ambas integradas na plataforma SolidWorks. Para o estudo de otimização da solução foram avaliadas várias geometrias e materiais dos componentes permutadores térmicos, das quais se selecionou a que demonstrou uma distribuição de potência de aquecimento da água mais homogénea para os vários caudais estudados. Neste estudo considerou-se também a análise de fatores como a queda de pressão promovida pelo sistema, ou seja, a perda de carga que lhe está associada, a temperatura máxima atingida nos permutadores térmicos e a temperatura da água à saída do sistema. Por fim, recorreu-se à ferramenta de análise SolidWorks Sustainability que permitiu simular o impacto ambiental relativo à fabricação e utilização do sistema projetado, nomeadamente quanto à pegada carbónica, à energia utilizada na sua produção, assim como quanto à acidificação do ar e eutrofização da água. Como resultado do estudo de otimização, conseguiu-se parametrizar um sistema capaz de atingir 42°C de temperatura da água à saída, assegurando um aquecimento homogéneo a nível dos permutadores e com uma perda de carga de apenas 3553,46 Pa. As potências de aquecimento testadas variaram entre os 7,3 kW e os 19,7 kW para a gama de caudais típicos dos sistemas de AQS.Within the scope of this dissertation, a study of the configuration and optimization of a domestic hot water heating system (DHW) through electromagnetic induction (EMI) was carried out, using numerical simulation tools. The main objective was to explore a potential alternative to the existing DHW electric heating systems on the market, presenting as the main advantage the safety for end-users, since the water heating through EMI is done indirectly without the possibility of electric current leakage to the water, avoiding the risk of electrocution hazard. For the design of the system components, SolidWorks, a computer-aided design (CAD) software was used. The fluid dynamics simulations were performed using the multiphysics computational tool for finite element analysis, FlowSimulation, and for the electromagnetic simulations, the EMWorks tool, both integrated with the SolidWorks platform. For the optimization study, various geometries and materials of the heat exchanger components were evaluated, from which the one that demonstrated a more homogeneous water heating power distribution was selected. For this study, it was considered the analysis of factors like the pressure drop in the system, the maximum temperature reached by the exchangers, and the temperature of the water at the outlet. The SolidWorks Sustainability analysis tool allowed the simulation of the environmental impact related to the manufacture and use of the projected system, namely regarding the carbon footprint; the energy used in its production, as well as the acidification of the air and the eutrophication of the water. As a result of the optimization study, it was possible to parameterize a system capable of reaching 42°C of temperature for the water at the outlet, ensuring homogeneous heating at the level of exchangers and with a pressure drop of only 3553.46 Pa. The heating powers tested ranged from 7.3 kW to 19.7 kW for the typical flow rate range of DHW systems.Alves, Jorge Augusto Mendes de MaiaPera, David Miguel RodriguesRepositório da Universidade de LisboaGomes, Inês Isabel Bonito2021-12-27T12:06:51Z202120212021-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/50566TID:202933598pormetadata only accessinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:54:50Zoai:repositorio.ul.pt:10451/50566Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:02:00.575150Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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