Estudio del comportamiento térmico de un vehículo de Hyperloop

Abstract

[ES] En este Trabajo de Fin de Grado se han analizado las distribuciones de temperaturas y transmisiones de calor entre distintos componentes de un vehículo del sistema de transporte Hyperloop. El vehículo se desliza en levitación magnética a través de un tubo a baja presión con la ayuda de un compresor de aire. Este compresor se localiza en su parte delantera, y funcionando mediante un motor eléctrico transfiere la presión del aire hacia la cola de la cápsula, propulsándola a gran velocidad. El estudio se ha abordado en primer lugar simplificando la geometría CAD de las piezas del ensamblaje del vehículo, para posteriormente simular transmisiones de calor a través de ellas utilizando diferentes mallas de elementos finitos e hipótesis de condiciones de contorno. A partir de dichos estudios se ha obtenido para cada pieza una serie de resistencias térmicas equivalentes que oscilan entre distintos valores dependiendo de las hipótesis consideradas. Al mismo tiempo, se han complementado los resultados con resistencias térmicas que representan procesos de convección y contactos entre las superficies de las piezas, junto con estimaciones de las inercias térmicas. Finalmente, todas estas resistencias se han introducido en un modelo nodal que simula el ensamblaje y se ha estudiado su comportamiento tanto en régimen estacionario como transitorio. De esta forma, se ha comprendido cómo responde ante la generación de calor del motor, la presencia de refrigeración y los posibles recorridos para la transferencia de calor.

[EN] In this Final Degree Project, the temperature distribution and heat transmission between different components of an Hyperloop transport system vehicle have been analyzed. The vehicle slides on magnetic levitation through a tube at low pressure with the help of an air compressor. This compressor is in its front part, and working thanks to an electric motor, it transfers the air pressure to the capsule¿s tail, propelling it at high speed. The study has been approached first by simplifying the vehicle assembly¿s pieces¿ CAD geometry, to subsequently simulate heat transmission through them using different finite elements meshes and boundary conditions hypotheses. From these studies, a series of equivalent thermal resistances have been obtained for each piece, that range between different values depending on the hypotheses considered. At the same time, the results have been complemented with thermal resistances that represent convection processes and contacts between the surfaces of the pieces, along with the estimates of thermal inertia. Finally, all these resistances have been introduced into a nodal model that simulates the assembly and its behavior has been studied in both stationary and transient states. In this way, it¿s been understood how it reacts to heat generation from the motor, presence of coolant and possible paths for heat transfer.

[CAT] En aquest Treball de Fi de Grau s'han analitzat les distribucions de temperatures i transmissions de calor entre diferents components d'un vehicle del sistema de transport Hyperloop. El vehicle es llisca en levitació magnètica a través d'un tub a baixa pressió amb l'ajuda d'un compressor d'aire. Aquest compressor es localitza en la seua part davantera, i funcionant mitjançant un motor elèctric transfereix la pressió de l'aire cap a la cua de la càpsula, propulsant-la a gran velocitat. L'estudi s'ha abordat en primer lloc simplificant la geometria CAD de les peces de l'assemblatge del vehicle, per a posteriorment simular transmissions de calor a través d'elles utilitzant diferents malles d'elements finits i hipòtesis de condicions de contorn. A partir d'aquests estudis s'ha obtingut per a cada peça una sèrie de resistències tèrmiques equivalents que oscil·len entre diferents valors depenent de les hipòtesis considerades. Al mateix temps, s'han complementat els resultats amb resistències tèrmiques que representen processos de convecció i contactes entre les superfícies de les peces, juntament amb les estimacions de les inercies tèrmiques. Finalment, totes aquestes resistències s'han introduït en un model nodal que simula l'assemblatge i s'ha estudiat el seu comportament tant en règim estacionari com transitori. D'aquesta manera, s'ha comprés com respon davant la generació de calor del motor, la presència de refrigeració i els possibles recorreguts per a la transferència de calor