| dc.creator | Nghale, Nelson | |
| dc.date.accessioned | 2026-01-07T17:39:25Z | |
| dc.date.available | 2026-01-07 | |
| dc.date.available | 2026-01-07T17:39:25Z | |
| dc.date.issued | 2025-05-19 | |
| dc.identifier.citation | NGHALE, Nelson. Modelagem semianalítica de Trocadores de Calor Solo-Ar com material de mudança fase. 2025. 81 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/19241 | |
| dc.description.abstract | This work presents a semi-analytical approach to evaluate the thermal performance
of Earth-to-Air Heat Exchangers (EAHEs) integrated with Phase Change
Materials (PCM), focusing on applications in passive building climatization. The
modeling combines a one-dimensional (1D) analytical formulation for the air duct with
two-dimensional (2D) transient numerical simulations of the soil using ANSYS Fluent,
considering the presence of the PCM surrounding the duct. The BioPCM Q20 was
used as the phase change material, applied in a 5 cm annular layer around the buried
duct. Four different duct lengths were investigated to assess their influence on the
thermal performance of the system. The main performance indicator was the Thermal
Potential (TP), defined as the difference between inlet and outlet air temperatures.
Case studies were conducted for the cities of Pelotas–RS and Viamão–RS, based on
real temperature data for soil and air. The results were validated against data from the
literature, presenting a Mean Absolute Percentage Error (MAPE) ranging from 0.930%
to 3.451%, which confirms the robustness of the proposed model. Viamão exhibited
better performance in cooling mode, with an annual average TP of up to 3.62
C and
improvements of up to 38.15% during summer. Conversely, Pelotas was more efficient
in heating mode, reaching an annual average TP of 4.87
C and improvements of up
to 23.98% in the colder months. The results demonstrate the technical feasibility of
the TCSA-PCM system as a sustainable solution for passive climatization, highlighting
the importance of adapting to local climatic conditions in system design. The adopted
methodology proved to be accurate and replicable, and it can be extended to different
geographic and operational contexts. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Outros | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
| dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
| dc.subject | Trocadores de Calor Solo-Ar (TCSA) | pt_BR |
| dc.subject | Material de mudança de fase | pt_BR |
| dc.subject | Simulação numérica | pt_BR |
| dc.subject | Modelagem analítica | pt_BR |
| dc.subject | Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) | pt_BR |
| dc.subject | Phase change material | pt_BR |
| dc.subject | Numerical simulation | pt_BR |
| dc.subject | Analytical modeling | pt_BR |
| dc.title | Modelagem semianalítica de Trocadores de Calor Solo-Ar com material de mudança fase | pt_BR |
| dc.title.alternative | Semi-analytical modeling of Earth-to-Air Heat Exchangers with phase change material | pt_BR |
| dc.type | masterThesis | pt_BR |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/0709085522603827 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0003-4657-1354 | pt_BR |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7298347412058864 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Weymar, Guilherme Jahnecke | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6324333547922986 | pt_BR |
| dc.description.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. | 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 | Brum, Ruth da Silva | |
| dc.subject.cnpq1 | MATEMATICA | pt_BR |
| dc.subject.cnpq3 | MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAO | pt_BR |