| Summary: | Nowadays, the rational energy consumption is one of the main concerns of the whole
modern society. Thus, this dissertation contributes to improve energy efficiency, increase the
renewable energy sources and to develop cleaner and more efficient technologies as the
greatest challenges of science and technology. This is reflected in today s residential energy
consumption in Brazil which is about 26%, mostly produced by equipment of high energy
consumption as is the case of showers and air-conditioning, according to the Energy Research
Company - EPE. The main goal of this research was to develop a dedicated electronic
instrumentation to determine the superficial geothermal profile, focusing at cost reduction and
short installation times. With many experimental data was possible to establish the heat
exchange capacity of heat exchangers buried underground. The experimental data was
obtained in the Center of Studies in Energy and Power Systems Center (CEESP) at Federal
University of Santa Maria (UFSM). It was developed a dedicated acquisition board based on a
microprocessor (PIC18f5420) and a tubular PVC probe setup with 11 digital temperature
sensors model DS18B20 with 5 m long rod and half inch diameter. The temperature data were
collected during 12 months recorded every 2 minutes This dissertation is mostly focused on the establishment of basic electronic
instrumentation for conducting summary surveys of temperature data in shallow subsurface
geothermal profile in any area, thereby reducing costs and installation times. These
geothermal profile data are important for various areas in establishing the ability to exchange
heat between buried materials and the homely ambient, such as construction, underground
power cabling and architecture. The experimental area was the Center of Studies in Energy
and Power Systems (CEESP), in the campus of UFSM in Santa Maria - RS. The data
collection will serve as input for the rapid establishment of underground temperature
distribution curves where is intended to utilize geothermal energy. The data collection was
realized by a dedicated data logger based on the PIC18f5420 microprocessor. The entire plate
is sized, constructed and programmed in CEESP along with a standard PVC tubular probe
five meters long and half inch diameter fitted with 11 digital temperature sensors type
DS18B20, to enable monitoring the underground temperature change from surface up to a
desired depth.
Collection of temperature data was made in the course of 12 months, with
measurements recorded at every 2 minutes. Some interruptions occurred during the
measurement period, but it did not interfere with the final outcome results. It was then
possible to establish the mean thermal profile parameters during daily periods and the
maximum and minimum temperatures throughout the year.
With the results obtained in this research is possible to prove that the thermal variation
(temperature) of the soil profile decreases gradually with depth until it stabilizes at a value
which is approximately the average annual temperature of that local area. During these tests,
it was observed that the temperature measurements in the experimental campus CEESP for a
maximum depth of five meters ranged between 18 and 22 °C. The data reduction method
called Least Squares Method was used to make projections of temperatures for deeper depths.
Thus it was possible to confirm the theoretical information that the soil temperature at any
location a few meters deep tends to stabilize at the annual average surface temperature in that
place. In Santa Maria-RS, according to the National Institute of Meteorology (INMET), the
annual average temperature is 19.5 °C. === Atualmente existe uma preocupação de toda a sociedade com relação ao consumo
racional de energia. Desta forma busca-se melhorar a eficiência energética, aumentar a
proporção de fontes renováveis de energia elétrica e desenvolver tecnologias mais eficientes e
limpas. O consumo residencial hoje é 26% do consumo nacional, segundo a Empresa de
Pesquisa Energética EPE, sendo que os maiores consumidores de energia nos lares são os
chuveiros e os condicionadores térmicos de ambientes. Essa dissertação tem por objetivo o
estabelecimento de uma instrumentação eletrônica dedicada à realização de levantamentos
sumários de dados do perfil geotérmico superficial do subsolo numa área qualquer, reduzindo
assim custos e tempo de instalação de projetos geotérmicos para condicionamento de
ambientes. Esses dados do perfil geotérmico são importantes para várias áreas no
estabelecimento da capacidade de troca do calor entre materiais enterrados e o ambiente. Este
conhecimento pode ser utilizado também na construção civil, arquitetura e dimensionamento
de cabos de energia subterrâneos, entre outros. A área experimental utilizada foi a do Centro
de Estudos em Energia e Sistemas de Potência (CEESP), no Campus da UFSM em Santa
Maria - RS. As coletas de dados vão servir de subsídios para o estabelecimento rápido das curvas de distribuição da temperatura do solo no local onde se pretenda estabelecer o
aproveitamento da energia geotérmica. Para a coleta de dados foi desenvolvido uma placa
dedicada de aquisição baseada num microprocessador PIC18f5420. A placa foi toda
dimensionada, construída e programada no CEESP juntamente com um padrão de sonda
tubular de PVC de cinco metros de comprimento e meia polegada de diâmetro, onde foram
instalados 11 sensores digitais de temperaturas modelo DS18b20. Com esta sonda
multissensora fez-se a monitoração automática da variação de temperatura subterrânea desde
a superfície até a profundidade desejada. Para comprovar a efetividade da proposta da
instrumentação geotérmica com a sonda sensora, fez-se uma coleta de dados de temperatura
no decorrer de 12 meses, com medições registradas a cada 2 minutos. Durante o período de
medição, ocorreram algumas interrupções nas medidas, mas que não interferiram no resultado
final dos experimentos e serviram para demonstrar como se pode facilmente interpolar os
valores da variável medida. Estabeleceram-se então parâmetros térmicos do perfil durante
períodos diários, de máximas e mínimas temperaturas no decorrer de um ano. Com os
resultados obtidos nesta pesquisa foi possível comprovar que a variação térmica (temperatura)
do perfil do solo diminui gradativamente de acordo com a profundidade até estabilizar num
valor que corresponde aproximadamente à temperatura média anual do sítio de estudo.
Durante estes testes, observou-se que as medições de temperatura do solo no campus
experimental do CEESP na profundidade máxima medida de cinco metros variaram entre 18 e
22 °C. Foi aplicada uma redução de dados através do Método dos Mínimos Quadrados para
obter medidas que permitem projeções de temperaturas para profundidades maiores e assim
recomendar as profundidades necessárias para a instalação de trocadores de calor. Os dados
confirmaram as informações teóricas de que a temperatura do solo em qualquer local após
alguns metros de profundidade tende a se estabilizar em um valor que corresponde à
temperatura média anual da superfície do ambiente daquela área. Em Santa Maria-RS,
segundo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) a temperatura média anual é de 19.5 °C.
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