Avaliação experimental de uma célula-teste com temperatura controlada por termossifões bifásicos passivos através de analogias

Autores

DOI:

https://doi.org/10.46421/encac.v17i1.3763

Palavras-chave:

Célula-teste, Termossifão bifásico, Resfriamento Passivo, Estratégia bioclimática

Resumo

O presente trabalho tem como objetivo avaliar experimentalmente, a partir de um estudo de um piloto, o potencial de incorporação de termossifões bifásicos como estratégia para o arrefecimento de ambientes internos. Para isso, foi utilizada uma célula-teste integrada com uma serpentina de cobre, que simulou a seção evaporadora de um termossifão bifásico. A temperatura da serpentina foi mantida prescrita e uniforme ao longo de seu comprimento por um banho de temperatura controlada. De forma geral, pôde-se observar que o dispositivo se mostrou capaz de extrair calor de forma passiva de um ambiente fechado. Contudo, em situações onde a diferença de temperaturas entre a serpentina e a célula-teste foi igual ou inferior a 7°C, notou-se certa dificuldade de operação os dispositivos, necessitando elevar a área de transferência de calor. O dispositivo conseguiu reduzir a temperatura do ar interno, sendo que grande parte do calor foi extraído nas duas primeiras horas de teste e, em alguns casos, mais especificamente nos 60 minutos iniciais. Além disso, verificou-se na uma distribuição do ar interno que se repetiu em todos os ensaios realizados, em que as temperaturas se apresentam mais altas nos quadrantes superiores da célula. Com relação à operação da bancada experimental, aconselha-se que os ensaios sejam efetuados em intervalos maiores que, no mínimo, 48h, a fim de se evitar um acúmulo de energia nas paredes da envolvente.

Biografia do Autor

Fernando da S. Almeida, Universidade Federal de Santa Catarina

Mestrado em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade de Santa Catarina. Doutorando em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Federal de Santa Catarina (Florianópolis-SC, Brasil).

Mariane P. Brandalise, Universidade Federal de Santa Catarina

Mestrado em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Federal de Pelotas. Doutoranda em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Federal de Santa Catarina (Florianópolis-SC, Brasil).

Luciano S. Fuso, Universidade Federal de Santa Catarina

Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal de Santa Catarina. Mestrando em Engenharia Mecânica, pela Universidade Federal de Santa Catarina (Florianópolis-SC, Brasil).

Luis H. R. Cisterna, Universidad de Tarapacá

Doutorado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina. Professor Associado na Universidad de Tarapacá (Tarapacá, Chile).

Marcia B. H. Mantelli, Universidade Federal de Santa Catarina

Doutorado em Engenharia Mecânica pela University of Waterloo, Canadá. Professora Associada na Universidade Federal de Santa Catarina (Florianópolis-SC, Brasil).

Martin O. Mizgier, Universidade Federal de Santa Catarina

Doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina. Professor Associado na Universidade Federal de Santa Catarina (Florianópolis-SC, Brasil).

Referências

AHMED, I. S.; JUBORI, A. M. Al. Assessment of heat transfer and flow characteristics of a two‐phase closed thermosiphon. Heat Transfer, v. 50, n. 2, p. 1351-1370, 7 set. 2020. http://dx.doi.org/10.1002/htj.21933.

AMANOWICZ, Ł. Controlling the Thermal Power of a Wall Heating Panel with Heat Pipes by Changing the Mass Flowrate and Temperature of Supplying Water - Experimental Investigations. Energies, v. 13, n. 24, p. 6547, 11 dez. 2020. http://dx.doi.org/10.3390/en13246547.

ASHRAE, AMERICAN SOCIETY OF HEATINGREFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS. ASHRAE Standard. 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta, 2017.

ATHMANI, W. et al. The Potential of Using Passive Cooling Roof Techniques to Improve Thermal Performance and Energy Efficiency of Residential Buildings in Hot Arid Regions. Buildings, v. 13, n. 1, p. 21, 22 dez. 2022. https://doi.org/10.3390/buildings13010021.

BELLANI, P.; MILANEZ, F.; MANTELLI, M. B. H.; FILIPPESCHI, S.; MAMELI, M.; FANTOZZI, F. Theoretical and experimental analyses of the thermal resistance of a loop thermosyphon for passive solar heating of buildings. Interfacial Phenomena And Heat Transfer, v. 7, n. 1, p. 57-68, 2019. http://dx.doi.org/10.1615/interfacphenomheattransfer.2019031160.

BLET, N.; LIPS, S.; SARTRE, V. Heats pipes for temperature homogenization: a literature review. Applied Thermal Engineering, v. 118, p. 490-509, maio 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.03.009.

CISTERNA, L. H. R. Análise de um secador de ervas finas assistido por termossifões. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Mecânica, Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2014.

DÍAZ-LÓPEZ, C. et al. Passive cooling strategies to optimise sustainability and environmental ergonomics in Mediterranean schools based on a critical review. Building and Environment, v. 221, p. 109297, ago. 2022. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109297

EPE. EMPRESA DE PESQUISAENERGÉTICA. Balanço Energético Nacional 2021: ano base 2020. Rio de Janeiro: EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2021. 292 p. Disponível em: https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-601/topico-596/BEN2021.pdf. Acesso em: 13 maio 2022.

FANTOZZI, F.; FILIPESCHI, F.; MAMELI, M.; NESI, S.; CILLARI, G.; MANTELLI, M. B. H.; MILANEZ, F. H.. An Innovative Enhanced Wall to Reduce the Energy Demand in Buildings. Journal Of Physics: Conference Series, v. 796, p.012043-012054, jan. 2017. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/796/1/012043.

JOUHARA, H.; CHAUHAN, A.; NANNOU, T.; ALMAHMOUD, S.; DELPECH, B.; WROBEL, L.C.. Heat pipe based systems - Advances and applications. Energy, v. 128, p. 729-754, jun. 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2017.04.028.

IEA. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. 2021 Global Status Report for Buildings and Construction: toward a zero-emissions, efficient and resilient buildings and construction sector. Paris: INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, Dec. 2021. 41 p. Disponível em: https://www.iea.org/reports/global-status-report-for-buildings-and-construction-2021. Acesso em: 1 maio 2022.

JUNIOR, A. A. M.; MANTELLI, M. B. H.. Thermal performance of a novel flat thermosyphon for avionics thermal management. Energy Conversion And Management, v. 202, p. 112219, dez. 2019. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112219.

LI, Z.; ZHANG, D.; LI, C. Experimental Study on Thermal Response Characteristics of Indoor Environment with Modular Radiant Cooling System. Energies, v. 5012, p.01-13, set. 2020. https://doi.org/10.3390/en13195012.

LIU, C.; ZHANG, Z.; SHI, Y.; DING, Y.. Optimisation of a wall implanted with heat pipes and applicability analysis in areas without district heating. Applied Thermal Engineering, v. 151, p.486-494, mar. 2019. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.01.108.

MANTELLI, M. B. H.. Thermosyphons and Heat Pipes: theory and applications. Springer International Publishing, v. 1, n. 1, p. 1-413, 2021. Springer International Publishing.

NOIE, S. H.. Heat transfer characteristics of a two-phase closed thermosyphon. Applied Thermal Engineering, v. 25, n. 4, p. 495-506, mar. 2005. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2004.06.019.

SAMUEL, D. G. L.; NAGENDRA, S. M. S.; MAIYA, M. P. Passive alternatives to mechanical air conditioning of building: A review. Building and Environment, v. 66, p. 54–64, ago. 2013. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.04.016.

SARMIENTO, A. P. C.; CISTERNA, L. H. R.; MILANESE, F.H.; MANTELLI, M.B.H. A numerical method for shell and thermosyphon heat exchanger analysis. In: X MINSK INTERNACIONAL SEMINAR “Heat Pipes, Heat Pumps, Refrigerators, Power Sources”. Minsk, Belarus, September, 2018.

SUN, Z.; ZHANG, Z.; DUAN, C.. The applicability of the wall implanted with heat pipes in winter of China. Energy And Buildings, v. 104, p.36-46, out. 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.082.

TAN, R.; ZHANG, Z.. Heat pipe structure on heat transfer and energy saving performance of the wall implanted with heat pipes during the heating season. Applied Thermal Engineering, v. 102, p. 633-640, jun. 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.03.085.

ZHANG, Z.; DING, Y.; GUO, C.. Dynamic heat transfer performance of the wall implanted with heat pipes and its energy saving characteristics during the heating season. Energy Procedia, v. 158, p. 1155-1160, fev. 2019. http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2019.01.297.

ZHANG, Z.; LI, Z.. Heat transfer performance of the Trombe wall implanted with heat pipes during daytime in winter. Science And Technology For The Built Environment, v. 25, n. 7, p.935-944, 20 maio 2019. http://dx.doi.org/10.1080/23744731.2018.1538901.

ZHANG, Z.; LIU, Q.; YAO, W.; ZHANG, W.; CAO, J.; HE, H.. Research on temperature distribution characteristics and energy saving potential of wall implanted with heat pipes in heating season. Renewable Energy, v. 195, p. 1037-1049, ago. 2022. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2022.06.054.

ZHANG, Z; SUN, Z; DUAN, C.. A new type of passive solar energy utilization technology-The wall implanted with heat pipes. Energy And Buildings, v. 84, p.111-116, dez. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.08.016.

ZHONG, W.; JI, W.. Applications of coupling thermosyphons with phase change materials: a review. Energy And Buildings, v. 233, p. 110690-110708, fev. 2021. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110690.

Downloads

Publicado

26-10-2023

Como Citar

ALMEIDA, Fernando da S.; BRANDALISE, Mariane P.; FUSO, Luciano S.; CISTERNA, Luis H. R.; MANTELLI, Marcia B. H.; MIZGIER, Martin O. Avaliação experimental de uma célula-teste com temperatura controlada por termossifões bifásicos passivos através de analogias. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 17., 2023. Anais [...]. [S. l.], 2023. p. 1–10. DOI: 10.46421/encac.v17i1.3763. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/encac/article/view/3763. Acesso em: 21 nov. 2024.

Edição

Seção

4. Desempenho Térmico do Ambiente Construído