Design Construtal aplicado a trocadores de calor solo-ar utilizando modelagem numérica e analítica estacionárias e transientes

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Machado, Patrick Garcia
• Orientador(a): Brum, Ruth da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática
• Departamento: Instituto de Física e Matemática
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem matemática; Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA); Transformada de Laplace; Design Construtal
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/9208

Trocadores de calor solo-ar (TCSA) são um recurso auxiliar aos sistemas de condicionamento de ar na melhoria de condições de conforto térmico de ambientes construídos. Seu baixo consumo de energia elétrica e bom desempenho térmico, além da utilização de uma fonte renovável de energia, o solo, ressaltam a importância e a urgência de seu estudo. Diversas pesquisas têm tratado da aplicação dos TCSA na região sul do Brasil, devido ao seu clima subtropical e às propícias características do solo. Neste trabalho são desenvolvidos três modelos para avaliar a empregabilidade do sistema numa localidade, deduzidos a partir das equações de conservação de energia e massa. As soluções encontradas para os modelos, tanto numéricas quanto analíticas, são verificadas e mostram alta concordância com outros dados da literatura. A solução numérica é encontrada através do Método das Diferenças Finitas. Já a solução analítica, inédita na literatura científica, é determinada através da Técnica da Transformada de Laplace, com inversão analítica. Além disso, desenvolve-se um estudo para o design de TCSA em forma de T baseado nos princípios do Design Construtal. Os resultados apontam a empregabilidade do sistema na cidade de Porto Alegre, destacando que o TCSA tem potencial de aquecimento melhor do que de resfriamento. Para uma profundidade de instalação de 3m, a melhoria do desempenho do sistema é observada para dutos de até 20m, mas não para comprimentos maiores. Mostra-se que a umidade relativa do ar é fundamental na avaliação de desempenho do sistema. Além disso, determina-se as relações numéricas para as dimensões de um TCSA em forma de T com 2, 3 e 4 níveis. Esse resultado pode ser empregado para o design de um sistema considerando uma restrição de área de instalação.