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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3995| Título: | Análise numérica de um sistema passivo de climatização utilizando o solo como trocador de calor |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical analysis of a climatization passive system using the soil as a heat exchanger |
| Autor(es): | Vasconcellos, Douglas Pereira |
| Orientador(es): | Santos, Gerson Henrique dos |
| Palavras-chave: | Permutadores térmicos Solos e clima Energia - Conservação Análise numérica Heat exchangers Soils and climate Energy conservation Numerical analysis |
| Data do documento: | 22-Fev-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | VASCONCELLOS, Douglas Pereira. Análise numérica de um sistema passivo de climatização utilizando o solo como trocador de calor. 2019. 59 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2019. |
| Resumo: | Uma forma de reduzir o consumo de energia em edificações, devido à utilização de equipamentos de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC, do inglês heat, ventilation and air conditioning), consiste na utilização do solo como trocador de calor. Em consequência da sua alta capacidade térmica, o solo pode trabalhar como um reservatório térmico, aquecendo ou resfriando o ar do ambiente interno das edificações, dependendo das condições climáticas. Deste modo, verificou-se o desempenho térmico deste tipo de trocador de calor numericamente por meio da dinâmica dos fluidos computacional (CFD, do inglês Computational Fluid Dynamics). Neste trabalho, analisou-se primeiramente os efeitos da velocidade do ar, do diâmetro da tubulação e das propriedades térmicas do solo na troca térmica entre o solo e o ar. Na sequência, investigou-se a configuração geométrica da tubulação em relação a sua distribuição dentro do solo (serpentina com uma, duas ou quatro voltas), a fim de otimizar a área de instalação. A partir dos resultados, observou-se que os melhores desempenhos foram obtidos para o trocador de calor com uma tubulação de diâmetro de 10 cm, operando a uma velocidade do ar de 2,5 m/s e utilizando o solo saturado (maior condutividade térmica). Uma distância entre os tubos a partir das linhas de centro de 0,5 m mostrou-se a mais adequada para a estruturação das serpentinas. Simulações em regime transiente também foram realizadas (considerando um período de 1 ano), utilizando-se de funções senóidais para descrever tanto o comportamento da temperatura externa do ar, quanto da radiação solar. |
| Abstract: | Nowadays the soil has been used widely as a heat exchanger, in order to reduce energy consumption in buildings caused by heating, ventilation and air conditioning (HVAC) equipment. Due to high thermal capacity, the soil can be used as a thermal reservoir, heating or cooling the indoor air of the buildings, depending on the weather conditions. In this way, the thermal performance of this type of heat exchanger was verified numerically by computational fluid dynamics (CFD). In this work, the effects of air velocity, pipe diameter and soil thermal properties on the thermal exchange between soil and air were first analyzed. Then, the geometric configuration of the pipe was investigated in relation to its distribution inside the soil (serpentine with one, two or four turns), in order to optimize the installation area. From the results, it was observed that the best performances were obtained for the heat exchanger with a tube with 10 cm of diameter, operating with an air velocity of 2.5 m/s and using saturated soil (higher thermal conductivity). A distance between the tubes from the center lines of 0.5 m was the most suitable for the design of the serpentines. Transient simulations were also performed (considering a period of 1 year), using sinusoidal functions to describe the behavior of external air temperature and solar radiation. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3995 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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