Los investigadores de EPFL han desarrollado un método que utiliza inteligencia artificial para diseñar compresores de bomba de calor de próxima generación. Su método puede reducir el requisito de potencia de las bombas en aproximadamente un 25%.
En Suiza, 50 - 60% de las casas nuevas están equipadas con bombas de calor. Estos sistemas extraen energía térmica del entorno circundante, como tierra, aire o un lago o río cercano y la activanen calor para edificios.
Si bien las bombas de calor de hoy en día generalmente funcionan bien y son amigables con el medio ambiente, aún tienen mucho margen de mejora. Por ejemplo, al usar microturbocompresores en lugar de sistemas de compresión convencionales, los ingenieros pueden reducir el requisito de potencia de las bombas de calor en un 20-25% ver recuadro y su impacto en el medio ambiente. Esto se debe a que los turbocompresores son más eficientes y diez veces más pequeños que los dispositivos de pistón. Pero incorporar estos mini componentes en los diseños de las bombas de calor no es fácil; las complicaciones surgen de sus diámetros pequeños <20 mm yvelocidades de rotación rápidas > 200,000 rpm.
En el Laboratorio de Diseño Mecánico Aplicado de EPFL en el campus de Microcity, un equipo de investigadores dirigido por Jürg Schiffmann ha desarrollado un método que hace que sea más fácil y rápido agregar turbocompresores a las bombas de calor. Utilizando un proceso de aprendizaje automático llamado regresión simbólica, elLos investigadores idearon ecuaciones simples para calcular rápidamente las dimensiones óptimas de un turbocompresor para una bomba de calor determinada. Su investigación acaba de ganar el Premio al Mejor Papel en la Conferencia Turbo Expo 2019 celebrada por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.
1.500 veces más rápido
El método de los investigadores simplifica drásticamente el primer paso en el diseño de turbocompresores. Este paso, que implica calcular aproximadamente el tamaño ideal y la velocidad de rotación para la bomba de calor deseada, es extremadamente importante porque una buena estimación inicial puede acortar considerablemente el diseño generalHasta ahora, los ingenieros han estado utilizando gráficos de diseño para dimensionar sus turbocompresores, pero estos gráficos se vuelven cada vez más imprecisos a medida que el equipo es más pequeño. Y los gráficos no se han actualizado con la última tecnología.
Es por eso que dos estudiantes de doctorado de EPFL, Violette Mounier y Cyril Picard, trabajaron en el desarrollo de una alternativa. Alimentaron los resultados de 500,000 simulaciones en algoritmos de aprendizaje automático y generaron ecuaciones que replican las tablas pero con varias ventajas: son confiablesincluso en tamaños pequeños de turbocompresores; son tan detallados como simulaciones más complicadas; y son 1.500 veces más rápidos. El método de los investigadores también permite a los ingenieros omitir algunos de los pasos en los procesos de diseño convencionales. Allana el camino para una implementación más fácil y más generalizadauso de microturbocompresores en bombas de calor.
Los beneficios de los microturbocompresores
Las bombas de calor convencionales usan pistones para comprimir un fluido, llamado refrigerante, y conducir un ciclo de compresión de vapor. Los pistones deben estar bien lubricados para funcionar correctamente, pero el aceite puede adherirse a las paredes del intercambiador de calor y perjudicar el calor.proceso de transferencia. Sin embargo, los microturbocompresores, que tienen diámetros de unas pocas docenas de milímetros, pueden funcionar sin aceite; giran sobre cojinetes de gas a velocidades de cientos de miles de rpm. El movimiento giratorio y las capas de gas entre los componentes significan que haycasi sin fricción. Como resultado, estos sistemas en miniatura pueden aumentar los coeficientes de transferencia de calor de las bombas de calor en un 20-30%.
Esta tecnología de microturbocompresor ha estado en desarrollo durante varios años y ahora está madura. "Ya hemos sido contactados por varias compañías que están interesadas en usar nuestro método", dice Schiffmann. Gracias al trabajo de los investigadores, las compañías tendrán más facilidadtiempo incorporando la tecnología de microturbocompresores en sus bombas de calor.
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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