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

Abstract

The paper explores the energy efficiency of general-purpose installations, particularly the equipment used in the espresso coffee production process, and the unique functions of hydraulic systems. By implementing eco-design principles and innovative, highly efficient solutions, we can significantly reduce the negative environmental impact and transform citizens into eco-consumers. Our study aims 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. We present an innovative solution 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. We provide the design methodology for dimensioning this type of equipment and create a simulation model for necessary verifications in MatLab Simscape. With its practical benefits, the new inductive boiler reduces the preheating period to 7.5 seconds compared to the 90 seconds 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. Îmbunătățirea eficienței energetice a instalațiilor de uz general prin punerea în aplicare a principiilor de proiectare ecologică și a soluțiilor inovatoare de eficiență sporită va reduce impactul negativ asupra mediului și va transforma cetățenii în consumatori ecologici. Obiectivul studiului este de a investiga posibilitățile de reducere a consumului de energie în sistemele hidraulice ale instalațiilor comune, în special în procesele de transfer termic 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 este creat și rulat în MatLab Simscape. Noul boiler inductiv reduce perioada de preîncălzire la 7,5 secunde față de cele 90 secunde a sistemelor cu boilere de încălzire rezistive, eliminând necesitatea menținerii aparatului de cafea la temperaturi de funcționare in timpul pauzelor.