Modelagem semianalítica de Trocadores de Calor Solo-Ar com material de mudança fase
Resumo
Este trabalho desenvolve uma abordagem semianalítica para avaliar o desempenho
térmico de Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSAs) acoplados a Materiais de
Mudança de Fase (MMF), com foco em aplicações de climatização passiva em
edificações. A modelagem combina uma formulação analítica unidimensional (1D)
para o duto de ar com simulações numéricas bidimensionais (2D) do solo realizadas
no software ANSYS Fluent, considerando regime transiente e a presença do MMF
ao redor do duto. Utilizou-se o BioPCM Q20 como MMF, aplicado em uma camada
anular de 5 cm em torno do duto enterrado. Foram investigadas quatro diferentes
configurações de comprimento do duto, visando avaliar sua influência no desempenho
térmico. O principal parâmetro de avaliação foi o Potencial Térmico (PT), definido
como a diferença entre as temperaturas de entrada e saída do ar no sistema. Estudos
de caso foram realizados para as cidades de Pelotas-RS e Viamão-RS, com base em
dados reais de temperatura do solo e do ar. Os resultados foram validados com dados
da literatura, apresentando Erro Percentual Absoluto Médio (MAPE) entre 0,930% e
3,451%, o que comprova a robustez do modelo proposto. Viamão apresentou melhor
desempenho em regime de resfriamento, com PT médio anual de até 3,62
C e ganhos
de até 38,15% no verão. Em contrapartida, Pelotas foi mais eficiente no aquecimento,
atingindo PT médio anual de 4,87
C e melhorias de até 23,98% nos meses frios. Os
resultados demonstram a viabilidade técnica do sistema TCSA-MMF como solução
sustentável de climatização passiva, reforçando a importância da adaptação climática
local no dimensionamento do sistema. A metodologia adotada mostrou-se precisa e
replicável, podendo ser estendida a diferentes contextos operacionais e geográficos.