Modelagem computacional aplicada à melhoria do desempenho térmico de trocador de calor solo-ar através do método Constructal Design
Autor: Michel Kepes Rodrigues (Currículo Lattes)
Resumo
O trocador de calor solo-ar é um dispositivo utilizado à melhoria da condição térmica de ambientes construídos. O mesmo contribui à diminuição no consumo de energia elétrica dos equipamentos tradicionais de condicionamento de ar. O princípio de funcionamento consiste em dutos que são enterrados nas camadas superficiais do solo. Essas camadas são expostas permanentemente à radiação solar. Consequentemente, o ar que é forçado a escoar no interior do duto, trocando calor com o solo. Dessa forma, seu princípio operacional é baseado na mecânica dos fluidos e na transferência de calor, áreas nas quais o método Constructal Design tem sido empregado com sucesso na busca de desempenhos superiores para os sistemas de engenharia. Contudo, não existem pesquisas aplicando o método Constructal Design à melhoria do desempenho de trocadores de calor solo-ar. Portanto, o objetivo deste trabalho é, através da modelagem computacional, aplicar o método Constructal Design para diferentes configurações de trocadores de calor solo-ar, visando maximizar o seu potencial térmico. Essa maximização é alcançada quando se encontra a geometria ótima, isto é, aquela que maximiza a transferência de calor entre o solo e o ar. Para tanto, foi utilizado o software GAMBIT para as construções geométricas, bem como para discretização do domínio computacional. Também foi utilizado o software FLUENT, baseado no Método dos Volumes Finitos, onde um modelo computacional, verificado e validado, foi implementado para investigar cinco diferentes configurações geométricas de instalações de trocadores de calor solo-ar. Entre outras conclusões, uma contribuição importante indica que, o aumento na quantidade de dutos, aliado com a diminuição de seus respectivos diâmetros, para uma determinada vazão mássica, conduz a uma melhoria significativa no desempenho térmico do trocador de calor solo-ar. Também foi constatado que a aplicação do método Constructal Design em projetos de instalações de trocador de calor solo-ar implica em um desempenho térmico significativamente maior, quando comparado com instalações constituídas com geometrias não otimizadas.