Avaliação Analítica Do Potencial Térmico Do Solo Para Aplicações Em Trocadores De Calor Solo-Ar

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AVALIAÇÃO ANALÍTICA DO POTENCIAL TÉRMICO DO SOLO PARA APLICAÇÕES EM TROCADORES DE CALOR SOLO-AR

ANALYTICAL EVALUATION OF SOIL THERMAL POTENTIAL FOR APPLICATIONS IN SOIL-AIR HEAT EXCHANGER

Jeferson Meira^[1][pic 2] 

Cristian da Silva Mendes^[2] [pic 3]

Ruth da Silva Brum3[pic 4]

Leslie Darien Pérez Fernández4[pic 5]

 

Resumo: O Atualmente há um foco para busca de energias renováveis em consonância com a redução do gasto de energia elétrica. Neste contexto os Trocadores de Calor Solo-A (TCSA) surgem como um tipo de sistema que permite reduzir o consumo de energia elétrica como equipamentos de condicionamento de ar, tradicionalmente usados para atingir o conforto térmico de edificações. Este sistema é capaz de aproveitar a energia térmica presente na camada superficial do solo (subsolo), isso ocorre pela inercia térmica do solo, de modo que no verão este é mais frio que o ar externo, ocorrendo o oposto no inverno. Neste trabalho são feitas avaliações analíticas sobre o potencial térmico do solo, através da análise da equação de difusão do calor no solo, no qual nos permite o estudo analito da influência da profundidade do solo sobre seu potencial térmico, para aplicações em projetos de TCSA.

Palavras-chave: TCSA. Modelagem Matemática. Potencial Térmico.

Abstract: O Nowadays there is a focus on the Search for renewable energies in line with the reduction of electricity consumption. In this sense, the use of Soil-Air Heat Exchangers (SAHE) stands out, due to its low energy consumption. In this contexto, SAHE appears as a system that allows reducing the consumption of eletric energy such as ar conditioning equipment, traditionally used to achieve the thermal comfort of buildings. This system is able to take advantage of the thermal energy present in the surface layer of the soil ( subsoil), this occurs dueto the thermal inertia of soil, so that in the summer it is colder than the outside air, the oppositeoccurring in the winter. Ins this work, analytical evaluations are being carried out on the thermal potential of the soil, through the analysis of the soil heat diffusion equation, which allows us to study analytical the influence on its thermal potential, for applications in SAHE projects.

Keywords: SAHE. Mathematical modeling. Thermal potential.

1 INTRODUÇÃO

        O Durante o desenvolvimento da humanidade nota-se uma busca por proteção às diversidades climáticas e por condições  de bem estar e conforto físico satisfatórios. Questões mundiais tratam sobre o uso eficiente de energia e a promoção de fontes renováveis. A demanda mundial de energia deverá aumentar em um terço entre 2010 e 2035, em particular a demanda brasileira crescerá 78% (PEDUZZI et al., 2011). Este cenário evidencia a necessidade de investimentos em recursos energéticos alternativos, principalmente aqueles provenientes de fontes renováveis. Neste cenário os trocadores de calor solo-ar (TCSA) são tecnologias promissoras na utilização de energia geotérmica para aquecimento ou resfriamento (BORDOI et al., 2018). Conforme ilustrado na figura 1, os TCSA são um sistema de ventilação acoplados a um ou mais dutos enterrados, onde o ar troca calor com o solo, chegando nas edificações com temperaturas amenas (DOMINGUES et al., 2021).

Figura 1 – Funcionamento de um TCSA em dias quentes e frios. O azul e o vermelho representam, respectivamente, temperaturas baixas e altas.[pic 6]

Fonte: adaptada de NOBREGA (2021).

        Este trabalho apresenta o uso da modelagem matemática para formulação e resolução e um problema de difusão do calor do solo como passo prévio ao estudo dos problemas de TCSA. Isso nos possibilitará em trabalhos futuros realizar um estudo numérico acerca da influência da profundidade de instalação do TCSA sobre seu potencial térmico (BRUM et al., 2013). Especialmente, neste trabalho estuda-se a variação da temperatura do solo com relação à profundidade durante um período de 365 dias (anual).

        O problema estudado é formulado e resolvido na seção 2, os resultados são apresentados e discutidos na seção 3, e as conclusões são dadas a seção 4.

2 DESENVOLVIMENTO

Seguindo BRUM (2013), considera-se a difusão de calor no solo, a qual é um processo que se pode modelar inicialmente através de um regime espacialmente unidimensional ( em que a temperatura somente tem variação espacial com a profundidade 𝑧). Assume-se que o solo está em condições naturais, ou seja, sem a interferência de elementos que possam alterar a distribuição natural de calor em seu interior; supõe-se que a estratificação do solo com a profundidade é significantemente maior que com a lateral; observa-se que a variação dos gradientes de temperatura e umidade ao longo da direção da profundidade é maior do que em outras direções (VAZ, 2011).

Aqui, considera-se que não existe uma geração interna de calor, e que o solo é um meio homogêneo sem-infinito e com ciclos periódicos de temperatura na sua superfície, devido a variação diária (dia/noite) e/ou anual (verão/inverno) (BRUM. 2013). Assim, a equação da difusão térmica no solo é:

2.1 Subseção Dois

        O texto pode apresentar as citações diretas ou indiretas. Para o caso de citações diretas com até três linhas, devem ser entre “aspas”, acompanhando o alinhamento do texto (1,5 cm entrelinhas), citar o sobrenome do autor, ano, página de citação, no inicio ou final do texto.

Exemplo: De acordo com a linha de pensamento de Machado (2009, p. 69) “a possibilidade de acesso à informação significa, para o aluno ou professor, melhores meios de atualização e desenvolvimento das suas capacidades”.

        Para citações diretas com mais de três linhas, o texto deve ser recuado da margem 4 cm, letra com fonte menor que a do texto, sem “aspas” e espaço simples entrelinhas.

Exemplo:

As bibliotecas universitárias estão inseridas dentro do currículo, são intracurriculares, precisam participar ativamente do processo de produção, construção e expressão do conhecimento e têm por missão a mediação e o fortalecimento de suas atividades; sejam elas de informação, ensino, eventos, pesquisa e extensão (OLIVEIRA, 2004, p. 33)