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Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48706
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Title: Estudo em laboratório de resposta térmica de protótipos de estacas trocadoras de calor em solo tropical não saturado
Other Titles: Laboratory study of thermal response of heat exchanger pile prototypes in unsaturated tropical soil
Authors: Chaves, Charles Pereira
metadata.dc.contributor.email: charles.pchaves@gmail.com
Orientador(es):: Cunha, Renato Pinto da
Coorientador(es):: Cavalcante, André Luís Brasil
Assunto:: Estacas térmicas
Ensaio de resposta térmica
Solos não saturado
Issue Date: 10-Jul-2024
Citation: CHAVES, Charles Pereira. Estudo em laboratório de resposta térmica de protótipos de estacas trocadoras de calor em solo tropical não saturado. 2023. 282 f., il. Tese (Tese de Doutorado em Geotecnia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.
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.
Abstract: The need to develop new energy efficiency technologies in low enthalpy geothermal systems has become increasingly common and necessary in geotechnics. Regarding piles heat exchangers, it is known that the development of the technology is linked to deep studies of several research centers in the world that are contributing to the technological advancement of the application of piles heat exchangers as an alternative to the efficient use of energy in buildings. In this sense, understanding in depth the behavior of the thermal properties of heat exchanging piles in tropical soils, facing geotechnical variations of specific weight and saturation degree becomes very challenging in geotechnical, This thesis aims to evaluate the thermal behavior of prototype heat exchanger piles made in typical tropical soil of the Federal District, in the compacted and unsaturated condition, in the 1m pile full-scale range, submitted to parametric variations of pipe configuration, saturation degree and internal flow in the pipes, all in a controlled laboratory environment, by means of a large-sized thermal chamber developed for this purpose. To achieve this goal, a thermal response machine was developed to perform the tests on the prototypes. Its experimental evaluations were performed, and with that, thermal response tests were compared, from the point of view of thermal gradient in 2D and thermal resistance in 1D. A study of the thermal properties of the typical lateritic soil of the Federal District was also done. In addition, a thermal well was also developed in which the temperature variations of a 12m deep geotechnical profile were monitored throughout 2 months. Finally, with the results of the thermal response tests, thermal response functions (G functions) were developed for each geotechnical situation in question, where the main geometric and geotechnical peculiarities of the prototypes were compared. Furthermore, the results of thermal conductivity were compared with the main models in force in the geotechnical doctrine, in which new parameters of adjustment of the main models of thermal conductivity in the current bibliography were proposed, as well as a new empirical model, quite accurate, of mathematical adjustment of the lateritic soil of Brasilia.
metadata.dc.description.unidade: Faculdade de Tecnologia (FT)
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)
Description: Tese (Tese) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2023.
metadata.dc.description.ppg: Programa de Pós-Graduação em Geotecnia
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
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