Experimental evaluation of operation mode and groundwater flow effects on the thermal performance of energy piles (2025)
- Authors:
- Autor USP: SÁ, LETÍCIA MENEZES SANTOS - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SGS
- DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-20052025-103505
- Subjects: FUNDAÇÕES POR ESTACAS; TROCADORES DE CALOR; ÁGUAS SUBTERRÂNEAS; ANÁLISE TÉRMICA; AREIA
- Keywords: Areia saturada.; Ensaios de campo.; Ensaios de desempenho térmico.; Modelagem em centrífuga.; Modos de operação.
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A demanda por fontes de energia limpa e renovável para reduzir as emissões de carbono tem aumentado significativamente devido aos desafios ambientais globais enfrentados recentemente. A energia geotérmica superficial, aproveitada por meio de sistemas de bombas de calor geotérmicas (GSHP) integrados às fundações profundas de edifícios (estacas trocadoras de calor), oferece uma alternativa promissora para a climatização eficiente de ambientes em edificações. Este estudo avalia a aplicabilidade dessa tecnologia, amplamente utilizada em climas temperados, nas condições climáticas predominantemente quentes do Brasil, usando como estudo de caso o Living Lab do Centro de Inovação em Construção Sustentável (CICS), em construção na Universidade de São Paulo. O CICS emprega dois tipos de estacas trocadoras de calor: hélice contínua (CFA) e estacas metálicas em tubos de aço. Esta pesquisa teve como objetivo principal ampliar o conhecimento sobre o comportamento dessas estacas em climas tropicais e avaliar seu desempenho térmico sob modos de operação contínuo e intermitente. Também foi explorado o impacto do fluxo de água subterrânea na resposta das estacas e as interações de troca térmica em grupos contendo energy piles. Ensaios de Desempenho Térmico (TPTs) em campo foram realizados para avaliar o desempenho das estacas CFA e metálicas no CICS, sob modos de operação contínuos e intermitentes, com diferentes frequências de ativação (8h ligado/16h desligado, 12h ligado/12h desligado e16h ligado/8h desligado). Ensaios em centrífuga investigaram o papel do fluxo de água subterrânea na dissipação das anomalias térmicas e as interações termomecânicas em grupos contendo estacas trocadoras de calor. Além disso, simulações com o software PILESIM 2.1 estimaram o número de estacas e o comprimento de tubos necessários para atender às demandas térmicas de um hotel empresarial hipotético situado no terreno do CICS. A operação intermitente das estacas trocadoras de calor testadas proporcionou maior eficiência, com recuperação significativa de temperatura durante os períodos de repouso do sistema. Em períodos de pausa mais longos maiores valores de taxa de troca de calor por unidade de comprimento ativo da estaca foram observados. A operação contínua do sistema resultou no maior aumento da temperatura da estaca. Medições com strain gauges instalados em estaca testada indicaram que variações térmicas contínuas ou cíclicas resultaram em incrementos de tensão axial na estaca CFA durante os ensaios. No mais, os ensaios em centrífuga mostraram que a ausência de fluxo de água subterrânea foi responsável por maior aumento da temperatura da estaca. Estes ensaios também esclareceram os efeitos de um fluxo perpendicular e paralelo a um grupo de estacas trocadoras de calor. Os valores de recalque das estacas modelo carregadas termicamente e mecanicamente foram maiores na ausência de fluxo de água. Finalmente, simulações com o PILESIM 2.1 demonstraram a viabilidade a longo prazode sistemas GSHP integrados a estacas trocadoras de calor em São Paulo para atender demandas equilibradas de aquecimento e resfriamento do caso avaliado. Os resultados apresentados nesta tese contribuem com o desenvolvimento de regulamentações e recomendações; no entanto, estudos adicionais são necessários para otimizar a implementação desta tecnologia no contexto brasileiro
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 20.03.2025
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- Este artigo é de acesso aberto
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- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
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ABNT
SÁ, Letícia Menezes Santos. Experimental evaluation of operation mode and groundwater flow effects on the thermal performance of energy piles. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18132/tde-20052025-103505/. Acesso em: 08 jan. 2026. -
APA
Sá, L. M. S. (2025). Experimental evaluation of operation mode and groundwater flow effects on the thermal performance of energy piles (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18132/tde-20052025-103505/ -
NLM
Sá LMS. Experimental evaluation of operation mode and groundwater flow effects on the thermal performance of energy piles [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 08 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18132/tde-20052025-103505/ -
Vancouver
Sá LMS. Experimental evaluation of operation mode and groundwater flow effects on the thermal performance of energy piles [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 08 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18132/tde-20052025-103505/
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.18.2025.tde-20052025-103505 (Fonte: oaDOI API)
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