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Estudo analítico-numérico e geométrico de estruturas galvanizadas para trocadores de calor solo-ar
dc.creator | Domingues, Ana Maria Bersch | |
dc.date.accessioned | 2025-07-04T19:12:25Z | |
dc.date.available | 2025-07-04 | |
dc.date.available | 2025-07-04T19:12:25Z | |
dc.date.issued | 2025-02-19 | |
dc.identifier.citation | DOMINGUES, Ana Maria Bersch. Estudo analítico-numérico e geométrico de estruturas galvanizadas para trocadores de calor solo-ar. 2025. 115 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) – Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2025. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/16451 | |
dc.description.abstract | Earth-Air Heat Exchangers (EAHEs) are devices that assist air conditioning systems, contributing to the improvement of the thermal condition of indoor air in buildings while reducing electricity consumption. EAHEs operate using ducts buried in the ground and a low-energy-consumption ventilation system, causing the air to flow through the ducts and exchange heat with the soil, arriving at the buildings either cooled or heated, depending on the time of year. In this study, in addition to the conventional EAHE, a galvanized material is incorporated around the duct. This material, due to its high thermal conductivity, can take advantage of a large portion of the soil’s thermal potential. Thus, the objective of this work is to analyze the effect of the geometric configuration of galvanized structures in EAHEs to investigate the overall performance of the system. To achieve this purpose, an analytical-numerical approach was developed. The EAHE model is developed analytically, while the soil temperature is estimated numerically in two dimensions using the finite element method. The modifications in the dimensions and shapes of the galvanized material occurred in two stages: the first consisted of a parametric evaluation of five predefined material configurations to find the appropriate geometry and parameters that lead to the best system performance. The second stage used the Constructal Design method to find an optimized geometry to maximize system performance. As results, it is observed that the insertion of the galvanized material in the region near the EAHE duct was beneficial, as the system’s annual efficiency increased by approximately 20% compared to simulations without any type of structure. Furthermore, larger areas covered by the galvanized material do not necessarily translate into better thermal potentials for the EAHE or a better utilization of the soil’s thermal potential. It is also found that greater depths are not directly linked to higher thermal potentials. Moreover, it is highlighted that the highest levels of thermal potential were recorded in the approach using the Constructal Design method. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Potenciais térmicos | pt_BR |
dc.subject | Modelagem matemática | pt_BR |
dc.subject | Modelagem numérica | pt_BR |
dc.subject | Material galvanizado | pt_BR |
dc.subject | Eficiência térmica | pt_BR |
dc.subject | Thermal potentials | pt_BR |
dc.subject | Mathematical modeling | pt_BR |
dc.subject | Numerical modeling | pt_BR |
dc.subject | Galvanized material | pt_BR |
dc.subject | Thermal efficiency | pt_BR |
dc.title | Estudo analítico-numérico e geométrico de estruturas galvanizadas para trocadores de calor solo-ar | pt_BR |
dc.title.alternative | Analytical-numerical and geometrical study of galvanized structures for earth-air heat exchangers | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/2618273685629089 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0002-4995-285X | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/0477653233866226 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Fernando, Honório Joaquim | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3825141200905886 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co2 | Rodrigues, Michel Kepes | |
dc.contributor.advisor-co2Lattes | http://lattes.cnpq.br/0379919270609981 | pt_BR |
dc.description.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. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Ramalho, Jairo Valões de Alencar | |
dc.subject.cnpq1 | MATEMATICA | pt_BR |
dc.subject.cnpq2 | MATEMATICA APLICADA | pt_BR |
dc.subject.cnpq3 | MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAO | pt_BR |