Otimização de trocadores de calor solo-ar configurados em rede com base na teoria construtal
Autor: Francisco Tadeu Sousa (Currículo Lattes)
Resumo
O trocador de calor solo-ar (TCSA) é um sistema utilizado para melhoria térmica de ambientes. Tem como fundamento, o emprego da inércia térmica presente no subsolo para melhorar o conforto térmico de ambientes construídos e reduzir as taxas de uso de energia convencional. Considerando a alta capacidade térmica do solo, o uso da tecnologia de escoamento de ar por dutos enterrados pode ser considerado como uma alternativa para o desenvolvimento sustentável. O objetivo principal desse trabalho é apresentar um estudo analítico comparativo de TCSAs com uma configuração em rede com um sistema de TCSA individual. Inicialmente, usa-se um modelo matemático desenvolvido através de um modelo analítico no estado estacionário de um TCSA individual, considerando a entalpia do ar úmido dentro do balanço de energia, que estabelecem as condições de contorno do problema para um clima tropical. Em seguida, é utilizado uma modelagem analítica de sistema em rede através da Teoria Construtal, onde é realizada uma otimização dos diâmetros aplicando os multiplicadores de Lagrange, feita primeiramente maximizando a entalpia e, uma segunda otimização é feita minimizando a perda de carga dentro dos dutos. Dessa forma, é possível comparar a performance de um sistema TCSA em forma de rede subterrânea para várias unidades construídas. Os resultados se mostraram satisfatórios, para as configurações em rede quando n = 2, 3 e 4 demostrando que as configurações do TCSA em forma de rede analisadas são eficientes em relação ao desempenho energético comparados a um sistema TCSA de duto único, quando n = 1. Percebe-se que a aplicação da teoria Construtal em projetos de instalações TCSAs configurados em rede resulta em um desempenho energético maior quando comparados com um TCSA de duto único.