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

• Processo: 20/13086-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2020
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2021
• Área de 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
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Areia | climatização de edifícios | Energia geotérmica superficial | Fluxo de água subterrânea | Fundações | Modelagem física | Fundações

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.