Modelagem e simulação de transferência de calor em um atuador elétrico linear

Abstract

Uma bobina de um atuador linear elétrico tem como fator limitante para o seu dimensionamento a determinação das temperaturas em suas diferentes regiões em função das suas características construtivas. Neste trabalho é apresentada a modelagem de transferência de calor em um atuador linear. Foi necessário o desenvolvimento de um modelo de circuito térmico equivalente cujos parâmetros de entrada fossem os parâmetros dimensionais e de operação e os parâmetros de saída fossem as temperaturas em diferentes pontos do atuador. Desenvolveu-se um modelo baseado em circuitos térmicos (análogo aos circuitos elétricos), resolvido através de programação utilizando o software Scilab. Também foram feitas simulações em volumes finitos (CFD) usando o software Fluent do pacote ANSYS para comparação dos valores obtidos no modelo de circuito térmico equivalente para diferentes faixas de dimensões e condições de operação para validar o modelo de circuito térmico equivalente. Os resultados das simulações e do modelo de circuito térmico equivalente desenvolvido foram semelhantes e proporcionais, tornando, assim, possível a utilização do modelo de circuito térmico equivalente para determinar as temperaturas em diferentes regiões de um atuador elétrico linear para a faixa de dimensões apresentada.

An electric linear actuator’s coil has as limit factor for its dimensioning the determination of the temperatures in its different regions in function of its constructive characteristics. In this paper it is presented the thermal design of an electric linear actuator. It was necessary the development of a physical model in wich its input parameters were the actuator’s dimensions and operating range, the output parameters would be the temperatures in different regions of the actuator. A physical model was developed based in thermal circuits (similar to an electric circuit), solved by programming, using the software Scilab. Simulations were also made in finite volumes (CFD) using ANSYS Fluent for comparison of data obtained in the physical model for different dimensions and operation conditions to validate the physical model. The simulation’s and physical model’s results were similar and proportional, making possible to use the physical model to determinate the temperatures in different regions of an electric linear actuator for a given dimension range.