Experimental evaluation of operation mode and groundwater flow effects on the thermal performance of energy piles
Nome Completo:
Letícia Menezes Santos Sá
Unidade da USP:
Escola de Engenharia de São Carlos
Programa de Pós-Graduação:
Programa de Pós-Graduação em Geotecnia
Nível:
Doutorado
Resumo:
Diante dos desafios impostos pelas mudanças climáticas, o uso de fontes de energia limpas e renováveis é essencial. Uma alternativa promissora e ainda pouco explorada no Brasil é a energia geotérmica superficial, que aproveita a temperatura constante do subsolo a partir de uma certa profundidade para climatizar ambientes de forma sustentável, sem emissão de gases poluentes. Nesta tese, estudamos o uso de fundações por estacas trocadoras de calor, uma tecnologia que permite aproveitar a energia geotérmica superficial por meio de fundações de edifícios. Essas fundações, além de exercerem sua função principal de suportar as cargas de edificações, passam a ter uma segunda função: trocar calor com o solo, contribuindo para resfriar ou aquecer os ambientes internos conforme necessário. O sistema funciona com um fluido (em geral, água) circulando por tubos instalados dentro das estacas, que permite a troca de calor entre o ambiente interno da edificação e o subsolo através de uma bomba de calor geotérmica. Embora já amplamente utilizada em países de clima frio, essa tecnologia ainda é pouco estudada em países tropicais como o Brasil, onde a maior parte do ano há necessidade de resfriamento dos ambientes — o que implica na rejeição de calor para o solo. Com o tempo, esse acúmulo de calor pode comprometer a eficiência do sistema. Para entender como esse sistema se comporta no nosso clima, realizamos uma série de experimentos no Centro de Inovação em Construção Sustentável (CICS) Living Lab da Universidade de São Paulo, um prédio-modelo voltado à avaliação de tecnologias inovadoras. Foram testados diferentes tipos de estacas e modos de operação (contínuo e intermitente) para verificar qual configuração oferece maior eficiência. Além disso, por meio de ensaios em modelos físicos reduzidos, desenvolvidos no Laboratório da Centrífuga Geotécnica da Universté Gustave Eiffel, em Nantes, na França, também foi possível analisar a influência do fluxo de água subterrânea e o comportamento de grupos de estacas trocadoras de calor em conjunto com estacas convencionais. Os resultados mostraram que operar o sistema de forma intermitente — com pausas programadas — pode ser mais eficiente, pois permite que o solo se recupere termicamente, minimizando a perda de desempenho ao longo do tempo. Além disso, a presença do fluxo de água subterrânea ajuda a dissipar o calor, o que pode melhorar ainda mais o desempenho do sistema. Por outro lado, observou-se que o fluxo também pode acabar transportando esse calor para estruturas convencionais existentes a jusante. Essa pesquisa contribui diretamente para o desenvolvimento de soluções sustentáveis no setor da construção civil, com potencial de reduzir as emissões de carbono em sistemas de climatização. Os dados gerados também podem contribuir para a criação de recomendações técnicas, ajudando a viabilizar o uso dessa tecnologia no Brasil. Com isso, damos um passo importante rumo à diversificação da matriz energética brasileira, alinhando-nos às metas globais de sustentabilidade e promovendo um futuro mais verde e eficiente.