Implementation of inductive processes in general-purpose equipment to enhance heat transfer procedures

Abstract

The paper explores the energy efficiency of general-purpose installations, particularly the equipment used in espresso coffee production, and the unique functions of hydraulic systems. By applying eco-design principles and innovative, efficient solutions, the negative impact on the environment can be significantly reduced, transforming citizens into eco-consumers. The study aimed to explore ways to decrease energy consumption in hydraulic systems of standard installations, particularly in heat transfer processes in solids and liquids, which account for up to 97% of energy consumption in such installations. An innovative solution is presented that converts electric energy into heat in liquids using inductive heat transfer. The instant heating inductive boiler, based on inductive heat transfer phenomena, eliminates the convective and conductive heat transfer losses associated with the operation of the boiler with the resistive heating element. The design methodology for dimensioning this type of equipment is provided, and the simulation model for necessary verifications in MatLab Simscape is created. With its practical benefits, the new inductive boiler reduces the preheating period to 7.5 s compared to the 90 s of systems with resistive heating elements, thereby eliminating the need to keep the coffee machine at operating temperatures during breaks and providing a reliable solution for energy efficiency.

Lucrarea se referă la instalații de uz general, în special la echipamentele pentru procesul de producere al cafelei espresso, precum și la particularitățile funcțiilor sistemului hidraulic. Prin aplicarea principiilor de proiectare ecologică și a soluțiilor inovatoare și eficiente, impactul negativ asupra mediului poate fi redus semnificativ, transformând cetățenii în eco-consumatori. Studiul și-a propus să exploreze modalități de reducere a consumului de energie în sistemele hidraulice ale instalațiilor standard, în special în procesele de transfer de căldură în corpuri solide și lichide, care reprezintă până la 97% din consumul de energie în astfel de instalații. Lucrarea prezintă o soluție inovatoare pentru transformarea energiei electrice în căldură în lichide folosind transferul inductiv de căldură. Boilerul inductiv inovator de tip instant se bazează pe fenomene de transfer termic inductiv și elimină pierderile de transfer de căldură convective și conductive asociate funcționării cazanului cu elementul de încălzire rezistiv. Este prezentată metodologia de proiectare a acestui tip de echipament, iar modelul de simulare pentru verificările necesare a fost creat și rulat în MatLab Simscape. Cu avantajele sale practice, noul cazan inductiv reduce perioada de preîncălzire la 7,5 s comparativ cu 90 s de sisteme cu elemente de încălzire rezistive, eliminând astfel necesitatea de a menține aparatul de cafea la temperaturi de funcționare în timpul pauzelor și oferind o soluție fiabilă pentru eficiență energetică.