Validação do ensaio TRT para estudo paramétrico da troca de calor de uma estaca de energia em um solo tropical

• Main Author: Castillo Orozco, Henry
• Other Authors: Tsuha, Cristina de Hollanda Cavalcanti
• Language: Portuguese
• Published: 2016
• Subjects: Modelagem numérica; Resposta térmica; Estudo paramétrico
• Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/21124; http://dx.doi.org/10.26512/2016.02.D.21124

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. === Os sistemas trocadores de calor acoplados ao solo têm sido usados por anos como sistemas de aclimatização de prédios residenciais e comerciais. Estes sistemas foram adaptados para estruturas de fundação com o fim de trocar energia térmica com o solo. Atualmente, estacas de energia são implementadas em muitos países para substituir parte da energia elétrica e outros tipos de fontes de energia. O Brasil é o nono consumidor de energia elétrica em todo o mundo, onde muita dessa energia é utilizada para o uso de acondicionamento climático. Por esta razão pesquisas relacionadas com estacas de energia no Brasil são estimuladas com o fim de reduzir o consumo de energia elétrica. Testes de resposta térmica têm sido realizados em uma estaca de energia instalada no campo experimental da Universidade de São Paulo na região subtropical de São Carlos. Simultaneamente, se realizaram simulações de sistemas de estaca de energia com propriedades térmicas obtidas durante o ensaio para avaliar o desempenho da troca de calor dos sistemas na região. Para a análise numérica, são avaliados os efeitos térmicos devido à variação em propriedades térmicas do solo e concreto, geometria da estaca, vazão, posição do nível freático de água, espessura da tubulação e temperatura média de entrada. Adicionalmente, se determina o espaçamento ótimo entre estacas para permitir o melhor desempenho das estacas. Em este documento se apresentam resultados e análises de modelos simulados no software COMSOL, utilizando os módulos Heat Transfer e Non-Isothermal Pipe Flow, e com eles, obtendo assim a configuração ótima de trabalho. Foi observada a melhora do comportamento térmico da estaca com o acrescimento dos valores em parâmetros geométricos, o número de tubulações e da vazão em condições de fluxo turbulento. Parâmetros como a espessura da tubulação e condutividade térmica do solo e concreto proporcionam aportes energéticos não muito significativos no resultado da troca de calor da estaca estudada. === Ground-Coupled Heat Exchanger Systems has been used as acclimatization system for residential and commercial buildings. This system was adapted to pile foundations in order to exchange thermal energy with the ground. Currently, this foundation system has been implemented in many countries to replace an important part of electrical and other sources of energy. Brazil is the ninth largest consumer of electrical energy in the world, and much of this energy is used for air conditioning. For this reason, researchers in Brazil are investigating the use of energy piles in order to reduce the consumption of electricity. Thermal response tests have been carried out on a heat exchanger pile at the geotechnical experimental site of the University of São Paulo in São Carlos city, region of subtropical climate. Simultaneously, using the thermal properties obtained in these tests, numerical analysis has been performed to investigate the heat exchange performance of energy piles installed in this site in São Carlos. For this numerical analysis, the effect of variations due to soil and concrete properties, pile geometry, groundwater level, pipe thickness and the flow rate on the pile thermal response were evaluated. Additionally, is determined the optimal space between piles that allows a better performance of each pile. The current paper presents the results obtained by the analysis models simulated to found an optimal configuration of an energy pile through the software COMSOL, using Heat Transfer and Non-Isothermal Pipe Flow modules. From this work, it was observed that the optimal configuration was obtained for a turbulent flow condition in piles with greater length and diameter. The effects of thickness in pipe, the thermal conductivity of the surrounding soil and concrete were not very influential on the thermal performance of the heat exchanger pile.