AFT085 Sonda Geotérmica com Princípio de Tubo de Calor — Equipamento de Laboratório Térmico, Equipamento Educacional e de Ensino1 Descrição
Na geração de energia geotérmica de baixa profundidade, a energia térmica armazenada sob a superfície da Terra é utilizada para fins de aquecimento.
O equipamento demonstra o funcionamento de uma sonda geotérmica baseada no princípio do tubo de calor (*heat pipe*). A montagem experimental transparente oferece uma visão detalhada do circuito fechado de transferência de calor: permite observar claramente a evaporação no tubo de calor, a condensação na cabeça da sonda e o refluxo do fluido de transferência de calor pela parede interna do tubo. A montagem também permite examinar mais de perto os métodos básicos aplicados para determinar a condutividade térmica do solo circundante à sonda geotérmica.
O tubo de calor — cujo comportamento operacional é objeto de estudo — constitui o elemento central do equipamento didático. O tubo de calor contém um fluido de transferência térmica de baixo ponto de ebulição. A entrada de calor proveniente do solo é simulada por meio de uma camisa de controle de temperatura equipada com um circuito de aquecimento. O calor proveniente do fluido de transferência térmica é transferido para um fluido de trabalho localizado no interior da cabeça da sonda. Sensores detectam a temperatura e a vazão do fluido de trabalho no trocador de calor. Esses valores medidos são utilizados para calcular a potência térmica transferida. O software utiliza os valores medidos para simular o balanço energético de uma bomba de calor conectada ao sistema.
Um dos métodos para determinar a condutividade térmica do solo circundante é o chamado Teste de Resposta Térmica. Uma bomba faz circular água constantemente aquecida através de uma sonda geotérmica em formato de tubo em U, a qual se encontra inserida em uma camada de areia.
Durante esse processo, são registrados a temperatura de entrada e de saída, a vazão e a potência de aquecimento da sonda geotérmica. Esses valores medidos são utilizados para calcular a condutividade térmica.
Em outro experimento, um cilindro de areia é aquecido por meio de uma fonte de calor cilíndrica. O perfil de temperatura, que se dispersa radialmente no interior da amostra de areia, é detectado e utilizado para calcular a condutividade térmica da referida amostra. Os resultados obtidos por ambos os métodos são, posteriormente, comparados. Os valores medidos são transmitidos diretamente para um computador (PC) via conexão USB, onde podem ser analisados utilizando o software que acompanha o equipamento.
2 Especificações
Demonstração do funcionamento de uma sonda geotérmica baseada no princípio do *heat pipe* (tubo de calor); *heat pipe* fabricado em vidro, com camisa transparente para controle de temperatura; água como fluido de trabalho para dissipação de calor no trocador de calor; fornecimento do fluido de trabalho via rede laboratorial ou via resfriador de água WL 110.20, para garantir uma temperatura máxima da água de 16°C; simulação do balanço energético de uma bomba de calor via software; refrigerante R1233zd, GWP: 1; software para aquisição de dados via USB, compatível com Windows 8.1 e 10.
3 Dados técnicos
Comprimento do *heat pipe*: aprox. 1000 mm; Ø externo do *heat pipe*: aprox. 56 mm; Ø externo da camisa de controle de temperatura: aprox. 80 mm. Aquecedor no circuito de aquecimento — potência: 2 kW. Bomba no circuito de aquecimento — vazão máx.: 1,9 m³/h; consumo de energia: 58 W. Sonda geotérmica em formato de tubo em U (U-tube), fabricada em cobre — comprimento: aprox. 1000 mm. Bomba para o teste de resposta térmica — vazão: 4,8…28,2 L/h; consumo de energia: máx. 60 W. Elemento de aquecimento no tanque de água — potência: 100 W. Elemento de aquecimento no recipiente de areia — potência: 50 W. Refrigerante: R1233zd, GWP: 1.
Volume de enchimento: 2,3 kg; Equivalente de CO2: 0 t. Faixas de medição — temperatura do elemento de aquecimento na amostra de areia: 0…250°C; vazão: 0,4…6 L/min. 230 V, 50 Hz, monofásico; 230 V, 60 Hz, monofásico; 120 V, 60 Hz, monofásico. Certificação UL/CSA opcional.
