Estudo analítico-numérico e geométrico de estruturas galvanizadas para trocadores de calor solo-ar
Resumo
Os Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSAs) são dispositivos que atuam no auxílio
a sistemas de condicionamento de ar, contribuindo para o melhoramento da
condição térmica do ar no interior de edifícios, reduzindo o consumo de energia
elétrica. Os TCSAs operam com a utilização de dutos enterrados no solo e um
sistema de ventilação de baixo consumo energético, fazendo com que o ar escoe
pelos dutos e troque calor com o solo, chegando nas edificações mais resfriado ou
aquecido dependendo da época do ano. Neste estudo, além do TCSA convencional, é
incorporado um material galvanizado em volta do duto. Este material, devido à sua alta
condutividade térmica, é capaz de aproveitar grande parte do potencial térmico do solo.
Assim, o objetivo deste trabalho é promover uma análise do efeito da configuração
geométrica de estruturas galvanizadas em TCSA para investigação de desempenho
geral do sistema. Para alcançar esse propósito, desenvolveu-se uma abordagem
analítico-numérica. O modelo do TCSA é desenvolvido de forma analítica, enquanto
a temperatura do solo é estimada numericamente em duas dimensões, utilizando o
método dos elementos finitos. As modificações nas dimensões e formas do material
galvanizado ocorreram em duas etapas: a primeira consistiu em uma avaliação
paramétrica de cinco configurações predefinidas do material a fim de encontrar a
geometria e os parâmetros adequados que conduzem ao melhor desempenho do
sistema. Já a segunda, utilizou o método Design Construtal para encontrar uma
geometria otimizada a fim de maximizar o desempenho do sistema. Como resultados,
observa-se que a inserção do material galvanizado na região próxima ao duto do
TCSA foi benéfica, uma vez que a eficiência anual do sistema teve um aumento de
cerca de 20% em comparação com simulações sem nenhum tipo de estrutura, além
disso, maiores áreas cobertas pelo material galvanizado não necessariamente se
traduzem em melhores potenciais térmicos do TCSA e no melhor aproveitamento
do potencial térmico do solo. Também constata-se que grandes profundidades não
estão diretamente ligadas aos maiores potenciais térmicos. Ainda, destaca-se que os
melhores níveis de potenciais térmicos foram registrados na abordagem com o método
Design Construtal.