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dc.creatorNghale, Nelson
dc.date.accessioned2026-01-07T17:39:25Z
dc.date.available2026-01-07
dc.date.available2026-01-07T17:39:25Z
dc.date.issued2025-05-19
dc.identifier.citationNGHALE, 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.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/19241
dc.description.abstractThis 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.sponsorshipOutrospt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectTrocadores de Calor Solo-Ar (TCSA)pt_BR
dc.subjectMaterial de mudança de fasept_BR
dc.subjectSimulação numéricapt_BR
dc.subjectModelagem analíticapt_BR
dc.subjectEarth-Air Heat Exchanger (EAHE)pt_BR
dc.subjectPhase change materialpt_BR
dc.subjectNumerical simulationpt_BR
dc.subjectAnalytical modelingpt_BR
dc.titleModelagem semianalítica de Trocadores de Calor Solo-Ar com material de mudança fasept_BR
dc.title.alternativeSemi-analytical modeling of Earth-to-Air Heat Exchangers with phase change materialpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0709085522603827pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0003-4657-1354pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7298347412058864pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Weymar, Guilherme Jahnecke
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6324333547922986pt_BR
dc.description.resumoEste 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.programPrograma de Pós-Graduação em Modelagem Matemáticapt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.rights.licenseCC BY-NC-SApt_BR
dc.contributor.advisor1Brum, Ruth da Silva
dc.subject.cnpq1MATEMATICApt_BR
dc.subject.cnpq3MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAOpt_BR


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