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Estudo pioneiro no Brasil propõe o uso de energia do solo para climatizar edifícios

Publicado em 10 junho 2021

Pela primeira vez na história, o Brasil terá um prédio que usa energia do solo para climatizar seus ambientes. O feito inédito é continuidade de uma pesquisa inovadora realizada na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP que avaliou o uso das fundações de edifícios como meio para a troca de energia térmica entre o prédio e o subsolo. A experiência internacional com o uso dessa tecnologia, baseada em energia geotérmica (do interior da Terra), tem relatado considerável economia no consumo de energia para climatização (aquecimento e resfriamento). Aqui no Brasil, a expectativa com a implementação desse sistema é de que as despesas com o consumo de energia elétrica por aparelhos de ar-condicionado sejam reduzidas. Batizado de CICS Living Lab, a edificação brasileira já começou a ser construída na Escola Politécnica da USP, em São Paulo.

Foi a pesquisadora Thaise Morais(foto), do Departamento de Geotecnia (SGS) da EESC, que desenvolveu a primeira tese de doutorado brasileira para avaliar o desempenho dessa tecnologia nas condições de clima e solo do Brasil. Ela explica que a energia geotérmica é aquela encontrada dentro da crosta terrestre, seja no solo, rochas ou mesmo na água, sendo identificada pela temperatura. Esta energia pode ser transferida para a superfície por processos de troca térmica a partir das fundações da edificação. “A temperatura da região que vai desde a camada superficial da crosta terrestre até algumas centenas de metros de profundidade é resultado das interações naturais que ocorrem entre o ambiente externo e o interior da crosta. Assim, o solo funciona como uma espécie de bateria ou reservatório de energia térmica.”

O sistema inovador no país capta ou rejeita calor do/no solo por meio das estacas que compõem a própria fundação do edifício. Essas estacas ficam enterradas e, por estarem em contato direto com o subsolo, possuem uma grande área de contato para a troca térmica. Através de tubos instalados no seu interior e com a ajuda de um fluido, a energia térmica é levada até a superfície onde uma

bomba geotérmica faz a troca de calor entre o subsolo e os ambientes do prédio. “Nos testes, usamos água potável como fluído para a troca de calor entre a fundação e o subsolo. A bomba troca calor com a água a partir de um outro fluido refrigerante que circula em seu interior. Essa troca é feita de forma contínua e repetitiva até que a temperatura desejada para o ambiente seja alcançada”, relata a pesquisadora.

Aspectos ambientais e de economia foram o incentivo para um engenheiro de minas austríaco criar o sistema de bomba de calor em 1855. A tecnologia é uma das realizações de engenharia mais sofisticadas do século XX. “São dispositivos simples, que realizam o transporte de calor em alto nível de eficiência. Nós realizamos testes de troca térmica entre a fundação e o subsolo em escala real no Campo Experimental de Fundações da EESC, em São Carlos. Além disso, também fizemos ensaios mecânicos e testes térmicos no solo. Os resultados foram muito positivos“, conta Thaise.

O sistema de aproveitamento de energia geotérmica pode ser aplicado em todos os tipos de edifícios. Antes disso, porém, é preciso conhecer as propriedades térmicas do subsolo daquela localidade e analisar as condições de clima e demanda térmica da edificação. “Já se sabe que a partir de poucos metros de profundidade a temperatura do solo praticamente não muda durante o ano, apesar de variar no ambiente externo, e é semelhante à média da temperatura atmosférica anual do local. O Brasil é um país de extensão continental que apresenta temperaturas anuais médias que variam de acordo com a região. Portanto, a eficiência desse sistema, que proporciona redução nos custos operacionais dos edifícios a longo prazo, deve variar regionalmente”, afirma a especialista.

O sistema de aproveitamento de energia geotérmica pode ser aplicado em todos os tipos de edifícios. Antes disso, porém, é preciso conhecer as propriedades térmicas do subsolo daquela localidade e analisar as condições de clima e demanda térmica da edificação. “Já se sabe que a partir de poucos metros de profundidade a temperatura do solo praticamente não muda durante o ano, apesar de variar no ambiente externo, e é semelhante à média da temperatura atmosférica anual do local. O Brasil é um país de extensão continental que apresenta temperaturas anuais médias que variam de acordo com a região. Portanto, a eficiência desse sistema, que proporciona redução nos custos operacionais dos edifícios a longo prazo, deve variar regionalmente”, afirma a especialista.

A demanda por fontes alternativas de energia renovável tem aumentado mundialmente e sua utilização já se tornou corriqueira nos projetos de edificações, o que amplia a busca por tecnologias que utilizem energia limpa. Já aplicada em outros países da Europa e nos Estados Unidos há pelo menos 20 anos, o sistema geotérmico é uma das aplicações de energia renovável que mais cresce no planeta.

Os estudos realizados na EESC, que começaram em 2014, contou com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), via projeto de pesquisa coordenado pela professora Cristina Tsuha, que foi orientadora de Thaise, e pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), que concedeu bolsa de doutorado à pesquisadora. A tese de Thaise venceu o Prêmio Costa Nunes da Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica como melhor tese de doutorado do biênio 2018-2019. A pesquisadora, que concorreu com trabalhos do país inteiro e de diferentes áreas da Geotecnia, celebrou o reconhecimento.

O prédio em construção na USP, em São Paulo, é financiado pelo Centro de Inovação em Construção Sustentável ( CICS-USP), que é um ecossistema com representantes de empresas e da academia dedicado a acelerar a inovação, a sustentabilidade e a produtividade na construção civil. O edifício será usado pela Escola Politécnica como um “laboratório vivo”, onde novas tecnologias sustentáveis e materiais inéditos serão testados. As obras estão paralisadas atualmente por conta da pandemia, mas devem ser retomadas assim que possível.