Nome do Projeto
Modelagem de sistemas para uso eficiente de energia
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/05/2020 - 30/04/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Mundialmente, os sistemas voltados para a melhoria do conforto térmico em ambientes construídos são responsáveis por um porção significativa da demanda de consumo de energia elétrica. Assim, é necessário estudar tecnologias que permitam melhorar a eficiência desses sistemas e reduzir seu consumo energético. Nesse contexto, também é importante o desenvolvimento de métodos e dispositivos que permitam a utilização de fontes alternativas/renováveis de energia. Por fim, sempre que possível, são bem vindos estudos envolvendo mecanismos de armazenamento dos mais diferentes tipos de energia. Dito isso, esse projeto objetiva desenvolver pesquisas que explorem: (1) trocadores de calor solo-ar (TCSA), (2) materiais de mudanças de fase (PCM), (3) tecnologias correlatas. Sucintamente, os TCSA possibilitam aquecimento/resfriamento de construções utilizando o solo como uma fonte ou sumidouro renovável de calor; os PCM permitem construir sistemas de armazenamento de energia térmica. Em particular, pretende-se adotar metodologias de desenvolvimento e utilização de modelos matemáticos para esses sistemas, possibilitando sua simulação computacional e avaliação de estratégias para aumentar sua eficiência energética.

Objetivo Geral

Desenvolver estudos envolvendo modelos matemáticos e simulações computacionais de TCSA e PCM, permitindo projetar suas construções, bem como avaliar estratégias e métodos para aumentar sua eficiência.

Justificativa

O uso de sistemas para ventilação, aquecimento e condicionamento de ar representam uma porção significativa do consumo de energia em edificações [2]. Embora o Brasil seja um caso particular no cenário mundial, cuja fonte principal de energia elétrica é hidrelétrica (considerada relativamente limpa e renovável), esse modelo se tornou vulnerável nos últimos anos devido às secas e mudanças climáticas [1] e [6]. Assim, estados como o Rio Grande do Sul utilizam significativamente termelétricas, as quais consomem localmente carvão da região da Candiota. Em outras palavras, adotam uma fonte de energia não renovável e contribuem para o aumento de emissão de gases poluentes na atmosfera, como ocorre na maior parte do mundo. Sendo assim, é relevante estudar técnicas e modelos de sistemas que possam estocar energia e/ou propiciar conforto térmico utilizando energia eficientemente e de maneira renovável. Respectivamente, esse é o caso de sistemas envolvendo TCSA e PCM, objetos de pesquisa desse projeto. Os TCSA permitem aquecer ou resfriar ambientes construídos, necessitando de ventiladores de baixa potência elétrica para forçar a circulação do ar ambiente por dutos enterrados. Assim, os TCSA, utilizam o solo como um aquecedor/resfriador alternativo, natural e renovável do ar. Mais detalhes sobre esta técnica podem ser encontradas nos trabalhos [1] a [3], [5] a [7], e nas referências nesses. Os PCM, ou materiais de mudança de fase, possibilitam estocar energia térmica (calor latente) em grande quantidade, comparando-se com outras formas de armazenamento. Todavia, esses materiais possuem uma baixa condutividade térmica e há um interesse na literatura em técnicas para acelerar seu derretimento ou sua solidificação. Mais informações sobre esse tema podem ser encontrados no trabalho [4] e nas referências apresentadas nele.

Metodologia

Esta pesquisa é principalmente teórica, baseada em modelos e dados experimentais disponíveis nas literaturas de referência. Em termos de modelagem, a simulação numérica do escoamento de fluídos e transferência de calor estão englobados pela área de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Atualmente, em vários casos, é vantajoso utilizar pacotes comerciais de CFD, como é o caso do FLUENT e do COMSOL para analisar sistemas de TCSA ou de PCM com geometrias complexas. Esta abordagem foi adotada nas referências [1] a [7]. Todavia, ao longo do tempo, poderão ser desenvolvidos também, em diferentes linguagens de programação, programas próprios para realizar essas simulações. Por exemplo, diversos resultados nas referências citadas foram obtidos a partir de programas desenvolvidos nas linguagens de programação do Matlab e Mathematica. Para aumentar o desempenho computacional, devem ser elaborados também códigos em linguagens compiladas, como é o caso do C++. Sempre que possível, serão avaliados ainda modelos simplificados e/ou analíticos, permitindo análises mais rápidas desses sistemas e redução de custos computacionais para sua simulação.

Indicadores, Metas e Resultados

Basicamente, esse projeto tem como meta a publicação de artigos em livros e revistas especializadas, além da apresentação de trabalhos em seminários locais da UFPel, congressos nacionais e/ou internacionais. Também serão desenvolvidas orientações de estudantes em nível de iniciação científica e de pós-graduação.

Quanto aos resultados, espera-se, em particular: a obtenção de modelos de TCSA mais eficientes computacionalmente; estudar a aplicabilidade desses sistemas na região de Pelotas; avaliar sua eficiência energética. Nas pesquisas relativas a PCM, espera-se: avançar no desenvolvimento de modelos para estes sistemas; avaliar técnicas de aceleração do seu derretimento ou solidificação; analisar sua aplicabilidade na região de Pelotas.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ANA MARIA BERSCH DOMINGUES
EDUARDO DE SÁ BUENO NÓBREGA
FRANCIELE DA COSTA TRASSANTE
Honório Joaquim Fernando
JAIRO VALOES DE ALENCAR RAMALHO18
MARCOS RAFAEL BURLÓN OLIVERA
NIBIA RAQUEL NAVARRO PASTOR
RUTH DA SILVA BRUM2
Vinicius Raimundo Spanevello

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