Otimização Geométrica de Trocadores de Calor Solo-Ar baseada na lei Constructal
Ruth da Silva Brum1; Mariane Sulzbacher2; Luiz Alberto Oliveira Rocha1; Liércio André Isoldi3; Michel Kepes Rodrigues3; Elizaldo Domingues dos Santos3
1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFGRS); 2 Universidade Federal de Pelotas (UFPEL); 3 Universidade Federal do Rio Grande (FURG)
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0523
Resumo
Para enfrentar as crescentes demandas energéticas globais é preciso avançar no desenvolvimento tecnológico de fontes e dispositivos energéticos renováveis. Dentre as alternativas naturais de melhorar o condicionamento térmico de construções e reduzir o consumo convencional de energia elétrica, este artigo destaca a utilização dos chamados Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSAs). Em geral, TCSAs são sistemas de ventiladores e dutos enterrados no solo. Basicamente, o ar ventilado nos dutos troca calor com o solo e sai a uma temperatura mais amena. Este fenômeno se dá em função da inércia térmica da Terra. No inverno, o solo é mais quente que o ar ambiente porque ele armazena calor no verão. Em contrapartida, a perda de calor durante o inverno deixa o solo mais frio que o ar ambiente no verão. Há diversas maneiras de projetar TCSAs, em particular, o objetivo deste trabalho é aplicar o chamado Constructal Design para determinar o melhor espaçamento de dutos dispostos em arranjos triangulares no sentido de maximizar a troca térmica entre o solo e o ar. Após estabelecer diferentes valores para a fração de volume (razão entre o volume ocupado pelos TCSAs e o volume total do solo considerado), uma metodologia computacional verificada e validada é utilizada para calcular o campo de temperaturas variando (como grau de liberdade) a razão entre os espaçamentos verticais e horizontais dos dutos. Pretende-se também avaliar a influência da velocidade do escoamento de ar na troca térmica no interior dos dutos. Nessa pesquisa, foram desenvolvidas diversas simulações adotando uma velocidade do ar de 1.0m/s. Os dados são comparados com resultados publicados anteriormente, onde se adotou uma velocidade de 3.3m/s.
Palavras-chave: Constructal Design; Trocadores de Calor Solo-Ar; Dispositivo de energia renovável; Potencial térmico; Simulação Numérica