Estudo experimental do desempenho de fundações por estacas hélice contínua trocadoras de calor em solo arenoso saturado

• Autor(a) principal: Pessin, Juliana
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18132/tde-22122022-085604/
• topic: Areia; Continuous flight auger pile; Ensaios de resposta térmica em estacas; Estaca hélice contínua; Estacas trocadoras de calor; Fluxo de água subterrânea; Foundations; Fundações; Geotermia superficial; Groundwater flow; Heat exchanger piles; Modelagem física; Physical modeling; Sand; Shallow geothermal energy; Thermal response tests

Uma significante parcela do consumo de energia elétrica em nosso país é utilizada para sistemas de climatização artificial em edificações. Portanto, diante da crise energética nacional e da redução de reservas naturais, o estudo de novas tecnologias de energia limpa para suprir esta demanda para climatização de ambientes é fundamental. A geotermia superficial, baseada no aproveitamento de energia térmica do subsolo, é uma solução bem sucedida em outros países para este fim, porém ainda não divulgada no Brasil. Um modo econômico de aproveitamento deste tipo de energia, já empregado no exterior, seria por meio de fundações por estacas trocadoras de calor. Neste caso, pela circulação de água em tubos de polietileno instalados dentro das fundações, com o auxílio de uma bomba de calor, é realizada a troca de calor entre o ambiente interno de edifícios e o subsolo. Diante deste cenário, esta tese apresenta um estudo experimental, focado em esclarecer aspectos relevantes para o dimensionamento destas fundações trocadoras de calor para as nossas condições de clima, temperatura de subsolo, e demanda para climatização ao longo do ano. Nesta pesquisa de doutorado foram investigados três pontos chaves para contribuir com futuros projetos de geotermia superficial por fundações trocadoras de calor no Brasil. O primeiro foi o efeito da configuração dos tubos de polietileno (instalados na estaca) na eficiência da troca de calor com o solo e na variação de temperatura da estaca, visto que quanto maior for a variação da temperatura maiores serão os efeitos no comportamento da fundação. O segundo aspecto estudado foi o comportamento termo-mecânico da fundação trocadora de calor, com foco nos efeitos causados na transferência de carga ao longo da estaca e no comportamento carga-recalque. O terceiro foi a influência do fluxo de água subterrânea na troca térmica da estaca com o subsolo. Para uso dessa tecnologia no Brasil, onde a demanda predominante é para o resfriamento de edifícios, a contínua rejeição de calor de ambientes no subsolo ao longo do tempo poderá aumentar a sua temperatura, e alterar a eficiência do sistema. Neste caso, maiores velocidades do fluxo de água subterrânea podem contribuir para dissipação de calor no solo e amenizar este problema. Para investigar estes três tópicos foram realizados experimentos em um terreno em São Paulo, com subsolo ao longo das estacas composto predominantemente por areia saturada, e ensaios em modelo físico em escala reduzida em laboratório. As principais conclusões obtidas pelos resultados descritos e analisados neste trabalho são as seguintes: (i) a configuração dos tubos instalados na estaca afeta a eficiência na troca de calor com o subsolo; (ii) o efeito de um ciclo de carregamento térmico não prejudicou o desempenho da fundação por estaca hélice contínua avaliada neste estudo; (iii) a presença do fluxo de água subterrânea reduz o aquecimento da estaca e do solo em seu entorno durante a rejeição de calor no subsolo, além de contribuir para a recuperação da temperatura inicial do solo quando o sistema é desligado.