Observa-se inicialmente que, apesar do modelo experimental apresentado por Kalinci et al. (2008) operar para altas vazões, enquanto que o modelo desenvolvido (não otimizado e otimizado) operar para baixas vazões, ambos os métodos apresentam perfis de curvas de geração de entropia, em função da vazão, bem semelhantes. Conclui- se, portanto, que, para tubulações enterradas em solo típico seco, os modelos desenvolvidos (Consumo Máximo Possível e Provável e Método do Gradiente/Genético) representam de forma coerente o comportamento fluidodinâmico do circuito secundário de um DHS. O modelo numérico desenvolvido apresenta um desvio máximo, em relação aos resultados experimentais obtidos por Kalinci et al. (2008), de aproximadamente 4,79 %. Apesar de não ter sido realizado uma comparação das pressões, vazões e temperaturas em cada segmento do circuito secundário do DHS, a avaliação termodinâmica, a partir do conceito de irreversibilidade, abrange, de certa forma, todos estes parâmetros, levando à validação indireta dos mesmos.
Posteriormente, verificou-se que o Método do Gradiente/Genético atua de forma razoável na minimização da função custo global do circuito secundário do DHS. Para a 1ª topologia estudada, com bombas de recirculação, o método reduz em aproximadamente 19,6% o custo final da instalação em comparação com o modelo não otimizado (Consumo Máximo Possível), sem bombas de recirculação a redução é de apenas 17,82%. Para 2ª topologia, com bombas de recirculação, a redução chega a 31,08% em comparação com o modelo não otimizado, sem bombas de recirculação a redução é de apenas 29,56%, ou seja, o estudo demonstrou a relevância do uso das bombas de recirculação nos custos finais do DHS.
A metragem e o diâmetro das tubulações, tanto na 1ª topologia quanto na 2ª, são as maiores responsáveis pelo aumento nos custos globais do circuito secundário do DHS. A 1ª topologia obedece todas as imposições da legislação vigente e o custo de suas tubulações, após a otimização pelo método do gradiente/genético, são de aproximadamente R$ 38.530,00. A 2ª topologia privilegia o menor trajeto das tubulações e, portanto, apresenta uma metragem aproximadamente 30% menor em comparação à 1ª topologia, os custos de suas tubulações, após a otimização, chegam a aproximadamente R$ 23.120,00.
Para a 1ª topologia com bombas de recirculação, chega-se a um custo de aproximadamente R$ 116,00 por metro de tubulação instalado quando aplicado o
Método Gradiente/Genético. Para o cálculo foi considerado um total de 495 metros de tubulação e um custo global final de R$ 57.449,95. Para a 2ª topologia com bombas de recirculação, chega-se a um custo de aproximadamente R$ 97,00 por metro de tubulação instalado quando aplicado o método do Gradiente/Genético. Para o cálculo foi considerado um total de 346,5 metros de tubulação e um custo global final de R$ 33.647,57.
A diferença em porcentagem entre o custo por metro de tubulação instado entre as duas topologias é de aproximadamente 17%. A avaliação realizada mostra a necessidade de se adequar a legislação vigente para sistemas de aquecimento distrital utilizados em comunidades de baixa renda.
A interface gráfica, criada com o auxílio do Borland® C++ Builder™, agiliza a entrada de dados estruturais pelo usuário e organiza os resultados, facilitando o seu acesso e compreensão, através de gráficos e tabelas paramétricas de cada parte do sistema em análise.
Como proposta para estudos futuros, que visam aperfeiçoar e/ou revalidar o modelo proposto, seguem as seguintes sugestões:
1. Elaboração de um procedimento experimental que possa validar os resultados numéricos. Como sugestão, recomenda-se a construção de um DHS onde se possam monitorar as variáveis mais relevantes do processo, tais como: a vazão, temperatura e pressão ao longo da rede de tubos do circuito secundário;
2. Implementação de outros modelos de otimização das rotinas de cálculo para simplificação das iterações numéricas necessárias à simulação matemática;
3. Reavaliação de outros modelos experimentais além daquele utilizado, Kalinci et al. (2008), como alternativa para a confrontar os resultados numéricos encontrados.
4. Avaliação de outras topologias para o circuito secundário do DHS com o intuito de se avaliar qual das configurações melhor de adéquam a comunidades de baixa renda.
ABSTRACT
The district heating systems (DHS) are widely used in northern Europe countries, however, in developing countries this technology is innovative, especially to meet the demand of hot water in social interest houses. The scope of this work is motivated by the increase in the number of solar heaters installed by the government in recent years in the joint housing of the low income population in Brazil, the technical challenges inherent in the deployment of these systems from the development of new models of sustainability technology. Initially, a research was made of typical types of combination of houses adopted in the State of Minas Gerais/Brazil for homes with built area of around 40m², 4 residents and family income of 3 minimum wages. For the establishment of minimum criteria to be adopted in selecting the type of optimization, such as minimizing the required recycling, energy consumption in pumping, the diameter of the pipes at the secondary circuit and thermal losses in distribution net, it was developed computational algorithms that allow the generation of an result’s matrix with the consolidation of gains and identifying the disadvantages of each configuration founded. The final version, already concluded is developed on the software EES (Engineering Equation Solver) and Borland C++ Builder® , is based on the equations of energy, momentum and mass conservation and has by objective: Optimize the sizing of the diameters for the supply and return pipes (sub branches and branches) ensuring the lowest possible cost of installation; Determine the pressure and thermal losses in each section of the network checking the need of installation of water pumps for recirculation. For the initial simulation it was modeled a DHS composed of 3 blocks. The 1st and 2nd blocks have four houses each one and the 3rd block has only three houses. The optimization method adopted is an adaptation of the Gradient Method working together with the Genetic Method. The results after optimization show a reduction in the global costs of the system around 19.6% compared to the non- optimized model.