Modelagem Computacional aplicada ao estudo de trocador de calor solo-ar com configuração geométrica complexa

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Nunes, Bruna Rodrigues
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Trocadores de Calor SOLO-AR (TCSA); Modelagem computacional; Energia Solar; Potencial térmico; Volume de solo; Perda de carga; Computational modeling; Solar energy; Thermal potential; Earth volume; Pressure drop; Earth-air heat exchangers (EAHE)
• Link de acesso: http://repositorio.furg.br/handle/1/9173

É possível aproveitar a energia solar como energia térmica através do uso de Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) para melhorar a condição térmica de ambientes construídos. Os TCSA são sistemas onde o ar ambiente é resfriado ou aquecido ao circular dentro de dutos horizontalmente enterrados. Esta troca acontece pela inércia térmica do solo, de modo que no verão o ar que sai do TCSA fique mais frio que o ar externo e mais quente no período do inverno. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo simular numericamente o comportamento térmico e fluidodinâmico do TCSA, permitindo a avaliação da influência da configuração geométrica da instalação no potencial térmico, no volume de solo ocupado e na perda de carga do TCSA. Para isso, foi simulado numericamente o caso de um TCSA com um duto reto, chamado de Instalação Referência. Após, foi realizado um estudo de espaçamento entre dutos paralelos, visando identificar uma distância mínima entre os mesmos que não afetasse, significativamente, o desempenho do TCSA. Com isso, foi identificado que um espaçamento mínimo entre dutos de 1 m pode ser adotado. Assim, mantendo constantes o diâmetro e o comprimento do duto da Instalação Referência, foram propostas vinte e seis instalações com configuração geométrica complexa para o TCSA. Essas instalações foram elaboradas visando a redução do volume de solo necessário para o funcionamento do TCSA, com a intenção de mostrar a aplicabilidade deste dispositivo em zonas urbanas. As simulações numéricas foram realizadas nos softwares GAMBIT e FLUENT (baseado no Método dos Volumes Finitos) empregando um modelo computacional tridimensional verificado e validado. Uma comparação de desempenho do TCSA entre todas as instalações com geometria complexa e a Instalação Referência foi feita, tendo como parâmetros o potencial térmico, o volume do solo e a perda de carga. Foi possível concluir que a Instalação 1 é a que possui melhor desempenho, pois apresenta uma diminuição de 2,18% no potencial térmico e um aumento de 5,37% na perda de carga com uma redução de 36,75% na porção de solo se comparada à Instalação Referência, viabilizando sua utilização em regiões urbanas.