Estudo em laboratório de resposta térmica de protótipos de estacas trocadoras de calor em solo tropical não saturado

Abstract

A necessidade de se desenvolver novas tecnologias de eficiência energética em sistemas geotérmicos de baixa entalpia tem sido cada vez mais comum e necessária na geotecnia. Nessa perspectiva, acerca de estacas trocadoras de calor, sabe-se que o desenvolvimento da tecnologia está atrelado a profundos estudos de diversos centros de pesquisa no mundo que estão contribuindo com o seu avanço tecnológico como alternativa de uso eficiente de energia em edificações. Nesse sentido, entender com profundidade o comportamento das propriedades térmicas das estacas trocadoras de calor em solos tropicais, frente as variações geotécnicas de peso específico e grau de saturação, tem sido bastante desafiador na geotecnia. Esta tese tem como objetivo avaliar o comportamento térmico de protótipos de estacas trocadoras de calor executados em solo tropical típico do DF, na condição saturada e não saturada, na faixa de 1m de estaca em escala real, submetidas a variações paramétricas de configuração de tubos, grau de saturação e vazão interna nos tubos, tudo em ambiente controlado de laboratório, por meio de uma câmara térmica de grandes dimensões desenvolvida para esse fim. Para atingir tal objetivo, foi desenvolvido um equipamento de ensaios TRT para a realização dos ensaios nos protótipos. Suas avaliações experimentais foram executadas, e com isso, foram comparados os ensaios de resposta térmica sobre o ponto de vista de gradiente térmico em 2D e de resistência térmica em 1D. Foi feita, também, um estudo de propriedades térmicas do solo laterítico típico do Distrito Federal. Além disso, foi desenvolvido também um poço de monitoramento de temperatura do subsolo, a qual foram monitoradas as variações de temperatura de um perfil geotécnico de 12m de profundidade, ao longo de 2 meses. Finalmente, com os resultados dos ensaios de resposta térmica, foram desenvolvidas funções de resposta térmica (Funções G) para cada situação geotécnica em questão, onde foram comparadas suas principais peculiaridades geométricas e geotécnicas dos protótipos. Ademais, os resultados de condutividade térmica foram comparados com os principais modelos vigentes na doutrina geotécnica, na qual foram propostos novos parâmetros de ajustes dos principais modelos de condutividade térmica na bibliografia vigente, bem como foi proposto um novo modelo empírico, bastante acurado, de ajuste matemático do solo laterítico de Brasília.