Análise numérica de um sistema passivo de climatização utilizando o solo como trocador de calor

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Vasconcellos, Douglas Pereira
• Orientador(a): Santos, Gerson Henrique dos
• Banca de defesa: Mendes, Nathan, Alves, Thiago Antonini, Lima, Luiz Eduardo Melo, Santos, Gerson Henrique dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Permutadores térmicos; Solos e clima; Energia - Conservação; Análise numérica; Heat exchangers; Soils and climate; Energy conservation; Numerical analysis
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3995

Uma forma de reduzir o consumo de energia em edificações, devido à utilização de equipamentos de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC, do inglês heat, ventilation and air conditioning), consiste na utilização do solo como trocador de calor. Em consequência da sua alta capacidade térmica, o solo pode trabalhar como um reservatório térmico, aquecendo ou resfriando o ar do ambiente interno das edificações, dependendo das condições climáticas. Deste modo, verificou-se o desempenho térmico deste tipo de trocador de calor numericamente por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD, do inglês Computational Fluid Dynamics). Neste trabalho, analisou-se primeiramente os efeitos da velocidade do ar, do diâmetro da tubulação e das propriedades térmicas do solo na troca térmica entre o solo e o ar. Na sequência, investigou-se a configuração geométrica da tubulação em relação a sua distribuição dentro do solo (serpentina com uma, duas ou quatro voltas), a fim de otimizar a área de instalação. A partir dos resultados, observou-se que os melhores desempenhos foram obtidos para o trocador de calor com uma tubulação de diâmetro de 10 cm, operando a uma velocidade do ar de 2,5 m/s e utilizando o solo saturado (maior condutividade térmica). Uma distância entre os tubos a partir das linhas de centro de 0,5 m mostrou-se a mais adequada para a estruturação das serpentinas. Simulações em regime transiente também foram realizadas (considerando um período de 1 ano), utilizando-se de funções senóidais para descrever tanto o comportamento da temperatura externa do ar, quanto da radiação solar.