Modelagem comutacional e método design construtal aplicados a trocadores de calor solo-ar com geometria em T

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Rodrigues, Gerusa Camargo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Trocador de calor Solo-Ar (TCSA); Design construtal; Modelagem computacional; Potencial térmico; Perda de carga; Solo-Air Heat Exchanger (TCSA); Constructive design; Computational modeling; Thermal potential; Cargo loss]
• Link de acesso: http://repositorio.furg.br/handle/1/8757

O Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo constituído por um ou mais dutos enterrados no solo, por onde o ar é forçado a escoar. No processo de troca de calor entre o ar e o solo, o ar sai do TCSA com uma temperatura mais amena em relação à sua temperatura de entrada, podendo ser utilizado para a melhoria da condição térmica de edificações. A partir de um TCSA com duto reto (uma entrada e uma saída) adotado como referência, diferentes configurações geométricas de um TCSA com formato T (uma entrada e duas saídas) foram propostas através do método Design Construtal. O objetivo deste trabalho é aliar a modelagem computacional ao método Design Construtal visando a minimização do volume de solo ocupado pelas instalações de TCSA, a maximização do seu potencial térmico e a minimização da perda de carga do escoamento. Os graus de liberdade considerados relacionam o comprimento do ramo bifurcado com o comprimento do ramo principal (L1/L0) e o diâmetros desses ramos (D1/D0). Simulações numéricas realizadas no software FLUENT, baseado no Método dos Volumes Finitos (MVF), permitiram avaliar o potencial térmico do TCSA, enquanto a perda de carga e o volume de solo foram determinados analiticamente. Com o auxílio do método da Busca Exaustiva, os resultados de todas as configurações geométricas foram comparados entre si, de modo a realizar uma otimização geométrica. Os resultados indicaram que à medida que a razão D1/D0 aumenta (casos em que D1>D0) e com L0>L1 o potencial térmico é maximizado. Deste modo, a instalação definida por razões (D1/D0)o=1,5 e (L1/L0)oo=0,5 maximiza o potencial térmico em aproximadamente 21% se comparado à Instalação Referência. A instalação definida por razões (D1/D0)o=0,5 e (L1/L0)oo=7,0 minimiza o volume de solo ocupado em, aproximadamente, 23%. No entanto, há baixa influência do grau de liberdade D1/D0. A perda de carga do escoamento é reduzida em torno de 67% pela instalação definida por (D1/D0)o=1,25 e (L1/L0)oo=7,0. Além disso, a perda de carga só é minimizada nos casos em que a velocidade do escoamento se divide pela metade ou diminui após a bifurcação dos dutos, ou seja, casos em que D0=D1 ou D1>D0. Ao considerar os três parâmetros simultaneamente, a instalação definida por D1/D0=1,5 e L1/L0=7,0 apresenta melhor desempenho.