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Modelagem física de estaca trocadora de calor em areia submetida à fluxo de água subterrânea

Processo: 20/13086-4
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2020
Vigência (Término): 30 de novembro de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Civil - Geotécnica
Pesquisador responsável:Cristina de Hollanda Cavalcanti Tsuha
Beneficiário:Ricardo Caires Formigari
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Areia   Fluxo de água   Modelagem   Energia geotérmica   Climatização   Edificações

Resumo

As fundações por estacas, além da função de suportar cargas de estruturas, também podem ser usadas para o aproveitamento da energia geotérmica superficial disponível no subsolo, com o objetivo de reduzir o consumo de energia elétrica para a climatização de edificações. No Brasil, devido à condição climática, grande parte do consumo de energia elétrica é direcionada ao uso de sistemas de climatização artificial. Diante da redução de reservas naturais, e de crescentes restrições ambientais, é essencial estudar a viabilidade de novas fontes de energia limpa para suprir esta demanda. Pelo fato da temperatura média do subsolo ser quase constante a partir de certa profundidade, a energia geotérmica superficial tem sido usada com sucesso em diferentes países. Para este fim, são usados sistemas de bombas de calor geotérmicas conectadas a tubos instalados nas fundações, que permitem a troca térmica do edifício com o subsolo por meio de circulação de água. De acordo com a demanda do edifício, estes tubos podem rejeitar calor do ambiente no subsolo, ou extrair calor. Porém, devido ao fato da demanda predominante das edificações no Brasil ser para resfriamento, a rejeição contínua de calor no solo (sem extrair), pode reduzir a eficiência do sistema ao longo dos anos de uso. Por outro lado, estudos anteriores mostram que quando a fundação é usada predominantemente para rejeitar calor no solo (regiões de clima quente) ou extrair calor (regiões de clima frio), a presença de fluxo de água subterrânea no entorno das estacas contribui para a dissipação de calor, e para que o subsolo retorne à temperatura natural após o uso do sistema. Para uma melhor compreensão deste benefício, o presente projeto foi desenvolvido para investigar a variação da temperatura de estacas trocadoras de calor e no solo em seu entorno, por meio de modelos físicos em escala reduzida, testados em areia, nas condições seca e saturada sob diferentes valores de velocidade de fluxo de água.

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