Modelagem computacional de trocadores de calor solo-ar

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Brum, Ruth da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Ciência da computação; Matemática; Geometria e modelagem computacional; Trocadores de calor; Computer science; Mathematics; Geometry and computational modeling; Heat exchangers
• Link de acesso: http://repositorio.furg.br/handle/1/8959

Atualmente, há um foco na busca por fontes de energia renováveis, bem como alternativas para racionalizar o uso de energia elétrica. Neste sentido, o emprego dos Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) se destaca devido ao seu baixo consumo de energia. Basicamente, TCSA são sistemas nos quais o ar ambiente ´e aquecido ou resfriado através da sua circulação em dutos enterrados. Isto ocorre pela inércia térmica do solo, de modo que no verão este é mais frio que o ar externo, ocorrendo o contrário no inverno. Nesta disserta¸c˜ao, foram feitas avaliações num´ericas do potencial térmico do solo para a aplica¸c˜ao em projetos de TCSA, usando modelos computacionais em duas e três dimensões. Deve-se destacar que este trabalho contribuiu com a an´alise de novos modelos computacionais de TCSA, sendo um bidimensional e dois tridimensionais, cujo tempo de processamento foi inferior a 50% de outros modelos encontrados na literatura. Um estudo de caso foi desenvolvido onde a influência da profundidade de instalação no potencial térmico dos TCSA foi investigada. As simulações foram realizadas utilizando o software FLUENT que baseia suas aproximações no método de volumes finitos. O escoamento turbulento no duto foi abordado com o modelo das tensões de Reynolds. Os resultados do comportamento térmico do solo apresentaram uma excelente concordância com soluções analíıticas mostrando a validade e eficiência dos modelos computacionais. Os resultados numéricos dos modelos do solo também foram confrontados com os experimentais previstos na literatura e mostraram uma concordância qualitativamente satisfatória. A partir dos resultados numéricos obtidos, foi possíıvel avaliar o comportamento anual do campo de temperatura no solo e no interior do duto. No estudo de caso constatou-se que o potencial de resfriamento e aquecimento do ar aumenta com a profundidade de instalação dos dutos. Porém, a partir de 3m de profundidade, a temperatura de saída do ar teve um comportamento com pouca variação, não havendo ganho significativo em fazer escavações mais profundos. Para o resfriamento do ar, em particular, os resultados apontam que até mesmo dutos enterrados a pequenas profundidades podem ser eficazes.