Os complexos alcalinos de forma geral geralmente apresentam trabalhos de cunho geológico. Raramente são apresentados estudos que englobam vários complexos alcalinos. Almeida e Ulbrich são autores que conseguiram realizar o estudo de vários complexos do ponto de vista tectônico e petrográfico. Este trabalho teve como objetivo analisar, do ponto de vista geofísico, vários complexos alcalinos. Como o número de complexos localizados no Brasil é enorme, houve uma dificuldade em analisar um numero muito grande, haja visto que para analisar os complexos é necessário coletar dados sobre os corpos. Nesse trabalho são apresentados dados gravimétricos e magnéticos sobre 12 complexos alcalinos. Em alguns casos não houve resposta gravimétrica de alguns complexos alcalinos, no entanto o magnético geralmente apresentou resposta, já que a maior parte desses complexos é enriquecido em minerais ferrimagnéticos. Poços de Caldas foi uma exceção não apresentando resposta magnética equivalente aos demais complexos estudados. Alguns parâmetros como massa e volume foram determinados através do modelamento 3D dos dados gravimétricos e magnéticos. A distribuição de massa para cada complexo alcalino modelado indica a tendência de alojamento de cada corpo ao longo de estruturas como falhas, zonas de charneira, arcos, entre outros. Cada complexo foi estudado independentemente formando capítulos independentes. / The alkaline complexes are show in this work, bring of geophysical analyses. Rarely are presented studies that encompass several alkaline complexes. Almeida and Ulbrich are authors who have achieved the study of various complexes of the viewpoint, and tectonic petrographic. This study aimed to analyze several complex using geophysical methods, as well as, gravity, magnetics, radiometric and remote sensor. As the number of complex located in Brazil is enormous, there a difficulty in analyzing a very large number, knowing that to analyze complexes is necessary to collect data on the bodies. In this work are presented on gravity and magnetic data 12 alkaline complexes. In some cases there was no response gravimetric some complexes alkali, but the magnetic usually presented response, since most of these complexes is enriched in minerals ferrimagnetic. Wells Caldas was an exception showing no response magnetic equivalent to the other complexes studied. Some parameters such as mass and volume were determined via 3D modeling of gravity and magnetic data. The mass distribution for each modeled alkaline complex indicates the tendency of each housing body over structures such as faults, zones hinge arches, among others. Each complex was studied independently forming chapters independente.

Geólogo / La ciudad de Talca se encuentra en la Depresión Central de Chile, en los 35°S, aproximadamente, en el flanco oriental de la Cordillera de la Costa. Al igual que otras ciudades ubicadas en longitudes similares, se encuentra altamente contaminada en invierno por material particulado del tipo PM 2.5 y PM 10, lo cual podría verse mitigado en gran medida por el uso de calefactores cero-emisión de alta eficiencia eléctrica, como lo son las bombas de calor geotérmicas. El acuífero bajo la ciudad ofrece un gran potencial para su implementación, ya que se trata, mayoritariamente, de gravas y arenas pertenecientes al abanico aluvial del Río Maule y Río Lircay con una potencia respetable, de hasta 500 metros en algunos sectores. La profundidad del nivel estático fluctúa entre los 1.6 y 47 metros, con espesores saturados entre 15 y 83 metros y un flujo preponderante hacia el W-NW. Un 90% de los derechos de aguas otorgados por la DGA extraen al menos 6 l/s y las transmisividades alcanzan valores de hasta 7300 m2/día. Las temperaturas de las aguas subterráneas, por otra parte, fluctúan entre 15.8 y 19.2 °C, las que permiten estimar un COP entre 6.4 y 7.4 para sistemas verticales abiertos. En el caso de los sistemas verticales cerrados, existen zonas de menor y mayor favorabilidad, obteniéndose valores de sHE entre los 43 y 86 W/m, donde los más altos representan altos flujos subterráneos controlados principalmente por una mayor conductividad hidráulica de los sedimentos y alto gradiente. Por último, en el caso de los sistemas horizontales cerrados, y mediante una estimación de la temperatura del subsuelo a 1.5 metros de profundidad, usando una ecuación armónica simple y una difusividad térmica de 0.04817 m2/día, el valor del COP fluctúa entre 3.5 y 4.7, con un valor promedio anual de 4.1. Un análisis de sensibilidad arroja una variación máxima de 7.7% con respecto a la profundidad. Usando demandas variables en base a una zonificación hecha con información disponible de demandas térmicas, se concluye que un nivel estático profundo propicia el uso de sistemas verticales cerrados y/o horizontales cerrados, sin embargo, con demandas por sobre los 3 kW, es preferible en casi cualquier caso el uso de un sistema vertical abierto, dado lo somero del acuífero en la ciudad y los parámetros hidráulicos que este presenta. En la zona poniente del Río Claro, y dado que el espesor sedimentario disminuye por la Cordillera de la Costa, se recomienda instalar sistemas horizontales cerrados. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes, CEGA

La energía geotérmica puede extraerse de la tierra al bombear un fluido calentado en su interior. Este fluido puede ser agua termal extraída de un pozo geotérmico, o un líquido refrigerante que absorba calor de la Tierra mediante evaporación, y a una profundidad superior a los 5 metros. Los pozos se encuentran sólo en zonas de alto potencial geotérmico, mientras que el refrigerante puede inyectarse en gran parte de la superficie terrestre. La geotermia puede usarse para entregar energía calórica o generar energía eléctrica, para uso industrial, comercial y residencial. Este último sector representa una importante fracción del consumo energético de una nación. Por lo tanto, es interesante evaluar el uso que se le puede dar al calor de las termas, en una comunidad ubicada en las cercanías de estas. En este marco, y con la motivación actual en el desarrollo de las energías renovables como pilar esencial de la sustentabilidad ambiental, surge esta Memoria que tiene como objetivo principal diseñar una Red Geotérmica de Distribución de Calor en la comunidad de Coñaripe, en la X Región de Chile. Se seleccionó este pueblo ya que esta rodeado de manifestaciones termales en superficie y tiene un tamaño que perfectamente puede ser abastecido por un pozo geotermal. Esta red es capaz de entregar calefacción yagua caliente sanitaria a las viviendas. Por ende, una Red como esta permite dejar de combustionar leña y gas licuado, cuyas emisiones de CO2 incrementan el calentamiento global del planeta. Las principales tecnologías para utilizar el calor de la Tierra en el sector residencial son las redes geotérmicas urbanas (comunitarias) y las bombas de calor (individuales). Esta última tecnología presenta importantes ventajas frente a los sistemas de calefacción convencionales. Por lo tanto, es interesante pensar en un sistema que combine ambas tecnologías, y comparado con una red geotérmica clásica. Se desarrollaron dos algoritmos: uno que diseña una Red Geotérmica de Distribución de Calor clásica (RGDC), y otro que diseña la combinación entre ésta y una bomba de calor (RGDC-BC). Luego, se optimizó el diseño para evaluar la factibilidad de instalar una o ambas redes, notando las ventajas que pueden ofrecer estas redes frente a redes o sistemas de calefacción convencionales. Para lograr esta optimización se realizó una evaluación económica que definiera el diseño con mayor rendimiento económico de la Red durante el ciclo de tiempo definido. Por lo tanto los algoritmos mencionados permiten no solo diseñar, sino también dimensionar, simular y realizar una evaluación económica privada de la operación de la Red.

Geólogo / Este trabajo contempla la recopilación bibliográfica, aplicación y evaluación del método de medición del CO2 difuso desde el suelo (CO2-DDS), como técnica de exploración geoquímica en la prospección geotérmica en Chile. Esto debido a que este gas es uno de los más abundantes en sistemas geotermales asociados a volcanismo. Este estudio fue pionero en exploración geotérmica en el país, y fue realizado en conjunto con la empresa Energía Andina (EASA) y el CEGA en los campos geotermales de Juncalito y Colpitas, dos concesiones de exploración de EASA. El sistema de la cámara de acumulación (SCA), consiste en medir la tasa de acumulación de CO2 que emana desde el suelo dentro de una cámara dispuesta sobre éste, a través de un detector infrarojo. Con estos datos se estiman flujos puntuales de CO2-DDS. Las mediciones siguen una planificación espacial (perfiles o grillas), dada por información geológica, geoquímica o geofísica. Los resultados fueron distintos para cada zona. En Colpitas se registraron altos valores de flujo de CO2-DDS, asociados muchas veces a rasgos geológicos muy particulares, por lo que no se considera un flujo difuso en la zona, sino más bien dado por estructuras de desgasificación con orientaciones preferenciales. Por otra parte, en Juncalito, los valores de flujo medidos fueron muy bajos, difíciles de correlacionar geológicamente. Estos resultados motivaron un estudio sistemático acerca de las fuentes posibles de CO2-DDS, y probables factores que pueden modificar las concentraciones y flujos del gas, desde su fuente hasta la superficie en campos geotermales. Dentro de las fuentes destacan la de nivel profundo, hidrotermal o magmático; y de nivel somero, biológico. Dentro de los factores, se encuentran los inherentes al sistema hidrotermal, profundos y de largo plazo, como las condiciones geológicas y estructurales de la zona (grado de permeabilidad), procesos físico-químicos de condensación del gas en agua. Así también se consideraron los llamados factores externos, parámetros atmosféricos que pueden generar variaciones en las concentraciones y flujos de CO2-DDS. En Colpitas, al correlacionar los resultados de CO2-DDS con los datos de geología, no se observó una litología que favoreciera el flujo de CO2-DDS. En cambio, sí se encontraron estructuras inferidas que lo facilitan. De este mismo modo, se reconoció una correlación con los datos de química de aguas, puesto que un aumento de HCO3 en las aguas termales puede deberse a procesos de condensación de CO2. Según el método estadístico del flujo de CO2, se identifican 2 orígenes; somero y profundo, la diferencia entre estos valores es de 1 hasta 4 órdenes de magnitud. Además, se cuenta con valores de δ13C desde gases libres en manantiales termales que sugieren el origen profundo del CO2. Por lo tanto, la conclusión para Colpitas es que existe una fuente en profundidad desgasificándose, con estructuras que controlan y permiten su ascenso; y aguas subterráneas someras que están condensando estos gases hidrotermales. Todo esto en conjunto sirve para establecer que la zona de Colpitas presenta un sistema hidrotermal activo con potencial geotérmico. Por otro lado, en Juncalito no se observa ninguna correlación entre los valores de CO2-DDS y alguno de los antecedentes: geológicos, estructurales o geoquímicos. Con el método estadístico sólo se reconoce una posible fuente para el CO2, pero no se logra establecer si es somera o profunda, debido a que la señal de CO2 puede estar influenciada por los factores y procesos geológicos durante su ascenso, pero tampoco existen agentes biogénicos evidentes en la zona para asignarle un origen biológico. Así es que el sistema hidrotermal de Juncalito presenta aun incertidumbres respecto del origen y comportamiento del CO2-DDS. Los valores y correlaciones de CO2-DDS contribuyeron a la elaboración de un modelo conceptual esquemático para cada zona de estudio. La evaluación del método es positiva, ya que es capaz de mostrar desgasificación profunda, pero su interpretación requiere más investigación, ya que la complejidad geológica estratigráfica-estructural Chilena no permite ser comparada de manera directa las interpretaciones efectuadas en otros países. Se sugiere que el estudio sea acompañado con mediciones de isotopos de δ13C, que pueden ser capaces de develar el origen del CO2 y que sean efectuadas en zonas con permeabilidad estructural media o alta, al menos inferida.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-08-04T17:48:21Z No. of bitstreams: 1 Genyr Kappler_.pdf: 7040737 bytes, checksum: b8f3c862e305815a08af95dead0bbfd5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-04T17:48:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Genyr Kappler_.pdf: 7040737 bytes, checksum: b8f3c862e305815a08af95dead0bbfd5 (MD5) Previous issue date: 2016-04-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPERGS - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / A energia é considerada a espinha dorsal da economia moderna, e seu consumo se intensifica nas sociedades emergentes a medida que sua qualidade de vida melhora. O atual cenário energético global indica que as fontes convencionais de energia estão se esgotando, evidenciando a importância em se explorar e viabilizar fontes renováveis para suprir a demanda futura. A climatização de ambientes é responsável por uma grande parcela deste consumo de energia, e sistemas bioclimáticos, que utilizam a geotermia e a energia solar fotovoltaica, são alternativas adequadas e ainda pouco explorada para suprimir a necessidade do uso de condicionadores de ar. O solo tem, em certa profundidade, temperatura equivalente à temperatura média anual local. Várias iniciativas têm buscado fazer uso deste recurso através do sistema de troca térmica por dutos enterrados, onde o fluido de troca térmica é o ar, e mais recentemente surgiram estudos com o uso da água como fluido de troca térmica. Neste trabalho é apresentada uma análise experimental que avalia o desempenho de um sistema terra-água-ar, alimentado por energia solar fotovoltaica, para climatização de edificações. O sistema proposto utiliza a estabilidade térmica do solo pelo uso de um reservatório de água (WT) em certa profundidade, que opera como fonte ou dissipador de energia térmica reduzindo a variação da temperatura no interior das edifícações. Um protótipo foi construído e é essencialmente constituído por: um ambiente climatizado (AC) com volume de 0,6 m3, um fan coil; um reservatório (WT) com volume de 0,38 m3, com o fundo enterrado a 2 m abaixo da superfície do solo; e, uma bomba de água. Verificou-se que o sistema proposto manteve a sua temperatura constante e em conformidade com a norma ASHRAE 55 2004 para ambientes naturalmente condicionados, com a temperatura no AC em torno de 23,6 ℃ enquanto a temperatura do ar ambiente variou de 18,8 °C a 29,4 °C, sendo que a temperatura do solo era 21 °C. Para uma taxa de 119 W de calor adicionado no AC, a taxa de remoção de calor no fan coil foi de 98,6 W. Com base nos dados experimentais, o sistema foi validado e a profundidade e tamanho ideais do reservatório de água foram determinados para uma aplicação em escala real. Para o local experimentado foi determinada que a profundidade ideal, com o solo na temperatura constante equivalente a média anual de 18 °C, é entre 6 e 9 m. Um sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica foi proposto para alimentar o sistema experimental terra -água-ar. / Energy is considered the backbone of the modern economy and its consumption intensifies in emerging societies as their quality of life improves. The current global energy scenario indicates that conventional energy resources are depleting, highlighting the importance of exploring and enable renewable resources to meet future energy demand. Buildings’ HVAC is responsible for a large portion of domestic energy consumption, and bioclimatic systems, that use geothermal energy and solar photovoltaic, are suitable and still little explored alternatives to eliminate the need for the use of air conditioners. The temperature of soil at a certain depth is equivalent to the local average yearly temperature. Various initiatives have sought to make use of this resource through Earth-Air-Heat-Exchange system, where the fluid used for heat transfer is air, and only recently emerged studies making use of water as a heat transfer fluid. This paper presents an experimental analysis that evaluates the performance of an earth-water-air system powered by photovoltaic solar energy, for conditioning the air of buildings. The proposed system uses the thermal stability of the soil, through the use of a water tank (WT) at a certain depth, which operates as a source or sink for thermal energy thus reducing the temperature variation inside the buildings. A prototype was built and is essentially made up of an air-conditioned environment (AC) with 0.6 m3 volume, one fan coil, a reservoir (WT) with a volume of 0.38 m3, buried with the bottom at 2 m below the ground surface, and a water pump. It was found that the proposed system has kept AC's temperature constant and in agreement with ASHRAE Standard 55 2004 for naturally conditioned environment, with the temperature around 23.6 ℃. The ambient air temperature varied from 18.8 °C to 29.4 °C and the soil temperature was 21 °C. For a 119 W incoming heat rate on the AC, the heat removal rate in the fan coil was 98.6 W. Based on the experimental data, the system has been validated and the optimal depth and size of the water reservoir were determined for an application in real scale. For the analysed site it was determined that the optimum depth to reach the soil at a constant temperature equivalent to the yearly average of 18 °C is between 6 to 9 m. A photovoltaic power generation system is proposed for the earth-water-air experimental system.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-07-08T12:28:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstimativasCondutividadeTermica.pdf: 12468700 bytes, checksum: 25111ec370024a8befd218a90ddb877c (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Indexar os assuntos on 2014-08-06T14:55:09Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-16T14:44:14Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstimativasCondutividadeTermica.pdf: 12468700 bytes, checksum: 25111ec370024a8befd218a90ddb877c (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-09-16T16:36:08Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstimativasCondutividadeTermica.pdf: 12468700 bytes, checksum: 25111ec370024a8befd218a90ddb877c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-16T16:36:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_EstimativasCondutividadeTermica.pdf: 12468700 bytes, checksum: 25111ec370024a8befd218a90ddb877c (MD5) Previous issue date: 1995 / UFPA - Universidade Federal do Pará / PETROBRAS - Petróleo Brasileiro S.A. / FADESP - Fundação de Amparo e Desenvolvimento da Pesquisa / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente estudo realiza estimativas da condutividade térmica dos principais minerais formadores de rochas, bem como estimativas da condutividade média da fase sólida de cinco litologias básicas (arenitos, calcários, dolomitos, anidritas e litologias argilosas). Alguns modelos térmicos foram comparados entre si, possibilitando a verificação daquele mais apropriado para representar o agregado de minerais e fluidos que compõem as rochas. Os resultados obtidos podem ser aplicados a modelamentos térmicos os mais variados. A metodologia empregada baseia-se em um algoritmo de regressão não-linear denominado de Busca Aleatória Controlada. O comportamento do algoritmo é avaliado para dados sintéticos antes de ser usado em dados reais. O modelo usado na regressão para obter a condutividade térmica dos minerais é o modelo geométrico médio. O método de regressão, usado em cada subconjunto litológico, forneceu os seguintes valores para a condutividade térmica média da fase sólida: arenitos 5,9 ± 1,33 W/mK, calcários 3.1 ± 0.12 W/mK, dolomitos 4.7 ± 0.56 W/mK, anidritas 6.3 ± 0.27 W/mK e para litologias argilosas 3.4 ± 0.48 W/mK. Na sequência, são fornecidas as bases para o estudo da difusão do calor em coordenadas cilíndricas, considerando o efeito de invasão do filtrado da lama na formação, através de uma adaptação da simulação de injeção de poços proveniente das teorias relativas à engenharia de reservatório. Com isto, estimam-se os erros relativos sobre a resistividade aparente assumindo como referência a temperatura original da formação. Nesta etapa do trabalho, faz-se uso do método de diferenças finitas para avaliar a distribuição de temperatura poço-formação. A simulação da invasão é realizada, em coordenadas cilíndricas, através da adaptação da equação de Buckley-Leverett em coordenadas cartesianas. Efeitos como o aparecimento do reboco de lama na parede do poço, gravidade e pressão capilar não são levados em consideração. A partir das distribuições de saturação e temperatura, obtém-se a distribuição radial de resistividade, a qual é convolvida com a resposta radial da ferramenta de indução (transmissor-receptor) resultando na resistividade aparente da formação. Admitindo como referência a temperatura original da formação, são obtidos os erros relativos da resistividade aparente. Através da variação de alguns parâmetros, verifica-se que a porosidade e a saturação original da formação podem ser responsáveis por enormes erros na obtenção da resistividade, principalmente se tais "leituras" forem realizadas logo após a perfuração (MWD). A diferença de temperatura entre poço e formação é a principal causadora de tais erros, indicando que em situações onde esta diferença de temperatura seja grande, perfilagens com ferramentas de indução devam ser realizadas de um a dois dias após a perfuração do poço. / The present study carries out estimates of thermal conductivity in the principal rock-forming minerals, as well as estimates of the average conductivity of the solid phase of five common lithologies (sandstones, dolomites, limestones, anhydrites, clay lithologies). Several thermal models were compared, permitting the verification of one as the most appropriate to represent the aggregate of minerals and fluids of which rocks are composed. The results of this study can be applied to a wide variety of thermal models. The chosen methodology is based on a non-linear regression algorithm denominated Random Search. The algorithm's behaviour is evaluated with sinthetic data before being applied to real data. The geometric mean model is used in the regression to obtain the values of thermal conductivity in these rock-forming minerals. The regression method used in each lithological sub-group gave the following values for average thermal conductivity in the solid phase: sandstones 5.9 ± 1.33 W/mK, limestones 3.1 ± 0.12 W/mK, dolomites 4.7 ± 0.56 W/mK anhydrites 6.3 ± 0.27 W/mK and for argillceous lithologies 3.4 ± 0.48 W/mK. In the sequence the fundaments for the study of heat diffusion are presented in cylindrical coordinates. The effects of invasion of mud filtrate into the formation are considered using an adaption of simulation of well injection techniques originating in theories developed in reservoir engineering. Assuming the original temperature of the formation as a reference, the relative errors in apparent resistivity can be estimated. In this phase of the work the finite differences method is used to measure distribution of the well-formation temperature. Simulation of the invasion is carried out in cylindrical coordenates via an adaptation of the Buckley-Leverett equation into carthesian coordenates. Effects such as the appearance of mudcakes in the borehole, gravity and capilliary pressure are not taken into consideration. The radial distribution of resistivity is obtained via the distribution of saturation and temperature, and is convolved with the radial geometrical factor of the induction tool (transmissor-receiver), resulting in the apparent resistivity of the formation. Admitting as reference the original temperature of the formation, the relative errors in apparent resistivity are obtained at each time. Through variation of certain parameters, it becomes clear that the porosity and original saturation of the formation can be responsible for serious errors in the measurement of resistivity, especially if such readings are taken immediately after drilling (MWD). The difference in temperature between well and formation is the principal cause of such errors. In situations where this difference is large, therefore, profiles with- induction tools should only be carried out between 24 and 48 hours after the well has been drilled.

Made available in DSpace on 2015-04-22T21:58:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elizabeth Tavares Pimentel.pdf: 1766165 bytes, checksum: 014e86903e1eaf04dbad226c2450a908 (MD5) Previous issue date: 2009-04-06 / From October 2007 to September 2008 a geothermal monitoring experiment was conducted at depths of 0.02 m, 0.5 m and 1.0 m to quantify the variations of temperature, thermal conductivity and the shallow geothermal heat flow at places with and without vegetation cover in the Humaitá city, Amazonas. The influence of the vegetation cover on the shallow geothermal system was observed in the sites studied. There were variations of monthly average values of temperature between the places with and without vegetation cover. During the "dry" period, this variation was up to 6.01ºC at the depth of 0.02 m, and 2.84ºC at the depth of 1.0 m. During the "rainy" period, however, the variation was up to 2.94ºC, at the depth of 0.02 m, and 2.51ºC at the depth of 1.0 m. The difference of the daily extreme values of temperature between sites with and without vegetation cover were 3.97ºC during the "rainy" period and 9.63ºC during the "dry" period, at the depth of 0.02 m. It was noticed that at 06:00 PM the magnitude of the temperature remained high compared to other times on the day studied. The values of the thermal conductivity were 0.54 W/mºC during the "dry" period, and 1.23 W/mºC during the "rainy" period. The values of the shallow geothermal flows at depths of 0.5 m and 1.0 m, were 2.51 W/m² and 0.64 W/m², respectively. These values are 10³ larger than the terrestrial heat flow in the region. The thermal variations at0.5 m to 1.0 m depth are influenced by external sources that reach the surface and cannot be neglected. The thermal variations recorded in this work are important and fundamental to better understanding the shallow geothermal structure in the southern, part of Amazonas state, and they also contribute as input to models that allow the mitigation or elimination of the effects caused by anthropogenic actions / No período de outubro de 2007 a setembro de 2008 foi realizado monitoramento geotermal, às profundidades de 0,02 m, 0,5 m e 1,0 m, em locais com e sem cobertura vegetal, na cidade de Humaitá (AM), a fim de quantificar as variações de temperatura, condutividade térmica e fluxo geotermal raso local. Constatou-se a influência da cobertura vegetal sobre o regime geotermal raso na região estudada. Houve variação dos valores médios mensais da temperatura nos locais cc e sc. No período "seco", esta variação foi de até 6,01ºC à profundidade de 0,02 m, e de 2,84ºC à profundidade de 1,0 m; já no período "chuvoso", a variação foi de até 2,94ºC a 0,02 m de profundidade e de 2,51ºC à profundidade de 1,0 m. Na profundidade de 0,02 m, a diferença entre os valores diários máximos, nos locais cc e sc, foi de 3,97ºC no período "chuvoso" e de 9,63ºC no período "seco". Às 18 h, as magnitudes da temperatura permaneceram elevadas em relação aos outros horários estudados. Os valores de condutividade térmica foram de 0,54 W/mºC no período "seco" e de 1,23 W/mºC no período "chuvoso". Os valores do fluxo geotermal raso, às profundidades de 0,5 m e 1,0 m, variaram até 2,51 W/m² e 0,64 W/m², respectivamente. Tais valores são da ordem de 10³ acima do valor do fluxo térmico terrestre profundo na região. As variações termais a 0,5 m e a 1,0 m de profundidade são influenciadas por fontes externas que atingem a superfície e não podem ser negligenciadas. As variações térmicas registradas neste trabalho são importantes e fundamentais para o melhor conhecimento da estrutura geotermal rasa na cidade de Humaitá (AM), como também, contribuem para a elaboração de modelos que possibilitem mitigar ou eliminar os efeitos causados por ações antrópicas

Tesis por compendio / [ES] El sistema de bomba de calor geotérmica (GSHP) es una tecnología prometedora para utilizar la energía geotérmica somera (EGS). En este sistema, un intercambiador enterrado de calor de perforación (BHE) desempeña un papel principal e influye directamente en el coeficiente de rendimiento estacional (SCOP) de este sistema geotérmico poco profundo. Se han llevado a cabo diferentes estudios para mejorar el rendimiento del BHE, incluyendo el uso de materiales avanzados para el plástico de las tuberías, uso de fluido caloportador (o de transferencia de calor) y de relleno/grouting, de mayor transferencia de calor, diseño de nuevas geometrías, y la optimización del BHE para ser utilizado como sistemas de almacenamiento de energía térmica (BTES). Los costes de perforación, el consumo eléctrico de las bombas de calor y la resistencia térmica de las perforaciones pueden reducirse utilizando materiales con propiedades termofísicas adecuadas, como los nanofluidos y los materiales de almacenamiento térmico. De este modo, no sólo se produce una transferencia de calor más significativa entre el fluido caloportador, el relleno y el terreno, sino que también se reduce el efecto térmico sobre el entorno. El fluido de transferencia de calor es uno de los factores de optimización de la BHE que se utilizará para el almacenamiento de energía térmica (TES). Una mayor conductividad térmica en el fluido de transferencia de calor mejora la eficacia de la transferencia de calor entre el fluido y los materiales alrededor, lo que lleva a alcanzar con mayor rapidez la temperatura de cambio de fase en los materiales de almacenamiento. Cuando se usa un fluido de transferencia de calor con una conductividad térmica superior, la temperatura del material de almacenamiento de calor experimenta fluctuaciones más rápidas, lo que reduce significativamente la duración necesaria para un cambio de fase completo. Además, usar materiales de cambio de fase (PCM) para almacenar calor en lugar del relleno convencional permite aprovechar el BHE como sistema BTES. Además de disminuir considerablemente la profundidad de perforación necesaria, el sistema BTES puede almacenar y liberar energía diaria y estacionalmente para reducir la carga durante las horas punta. Sin embargo, hay un vacío notable en la bibliografía sobre la exploración y aplicación de nuevos materiales de almacenamiento de calor y fluidos de transferencia de calor en las BHE para hacerlas aptas para fines de BTES. Aunque se han aplicado diversas innovaciones para mejorar el rendimiento de los BHE, como el uso de materiales plásticos avanzados y la optimización del diseño, la mayor parte de la investigación se ha centrado en el uso convencional de los BHE. Debería prestarse más atención a las ventajas potenciales del aprovechamiento de los intercambiadores de calor mediante la aplicación de nanofluidos y PCM como fluidos de transferencia de calor y medios de almacenamiento de calor, respectivamente. Como ya se ha mencionado, estos materiales poseen propiedades termofísicas superiores que pueden dar lugar a una transferencia de calor más eficiente, una reducción de los costes de perforación, un menor consumo de electricidad en las bombas de calor y una disminución de la resistencia térmica de la perforación. Esta laguna en la investigación hace necesaria una investigación en profundidad para determinar la viabilidad y factibilidad de la aplicación de estos materiales avanzados en las BHE, facilitando en última instancia su transformación en sistemas BTES fiables. Por lo tanto, los principales objetivos de esta tesis doctoral son estudiar experimental y numéricamente los impactos del uso de materiales avanzados para el fluido caloportador y el relleno/grouting tales como nanofluidos y PCMs, en el rendimiento del BHE como sistemas BTES. El estudio pretende seleccionar los materiales más favorables, convirtiéndose en una referencia práctica y fiable para futuros proyectos y sectores industriales. / [CA] El sistema de bomba de calor geotèrmica (GSHP, en anglès) és una tecnologia prometedora per a utilitzar l'energia geotèrmica succinta (EGS). En este sistema, un bescanviador enterrat de calor de perforació (BHE, en anglès) exercix un paper principal i influïx directament en el coeficient de rendiment estacional (SCOP) d'este sistema geotèrmic poc profund. S'han dut a terme diferents estudis per a millorar el rendiment del *BHE, incloent-hi l'ús de materials avançats per al plàstic de les canonades, ús de fluid termòfor (o de transferència de calor) i de grouting, de major transferència de calor, disseny de noves geometries, i l'optimització del BHE per a ser utilitzat com a sistemes d'emmagatzematge d'energia tèrmica (BTES, en anglès). Els costos de perforació, el consum elèctric de les bombes de calor i la resistència tèrmica de les perforacions poden reduir-se utilitzant materials amb propietats termo-físiques adequades, com els nanofluids i els materials d'emmagatzematge tèrmic. D'esta manera, no sols es produïx una transferència de calor més significativa entre el fluid termòfor, el farciment i el terreny, sinó que també es reduïx l'efecte tèrmic sobre l'entorn. El fluid de transferència de calor és un dels factors d'optimització de la *BHE que s'utilitzarà per a l'emmagatzematge d'energia tèrmica (*TES). Una major conductivitat tèrmica en el fluid de transferència de calor millora l'eficàcia de la transferència de calor entre el fluid i els materials al voltant, la qual cosa porta a aconseguir amb major rapidesa la temperatura de canvi de fase en els materials d'emmagatzematge. Quan s'usa un fluid de transferència de calor amb una conductivitat tèrmica superior, la temperatura del material d'emmagatzematge de calor experimenta fluctuacions més ràpides, la qual cosa reduïx significativament la duració necessària per a un canvi de fase complet. A més, usar materials de canvi de fase (PCM, en anglès) per a emmagatzemar calor en lloc del farciment convencional permet aprofitar el BHE com a sistema BTES. A més de disminuir considerablement la profunditat de perforació necessària, el sistema BTES pot emmagatzemar i alliberar energia diària i estacionalment per a reduir la càrrega durant les hores punta. No obstant això, hi ha un buit notable en la bibliografia sobre l'exploració i aplicació de nous materials d'emmagatzematge de calor i fluids de transferència de calor en les BHE per a fer-les aptes per a fins de BTES. Encara que s'han aplicat diverses innovacions per a millorar el rendiment dels BHE, com l'ús de materials plàstics avançats i l'optimització del disseny, la major part de la investigació s'ha centrat en l'ús convencional dels BHE. Hauria de prestar-se més atenció als avantatges potencials de l'aprofitament dels bescanviadors de calor mitjançant l'aplicació de nanofluids i PCM com a fluids de transferència de calor i mitjans d'emmagatzematge de calor, respectivament. Com ja s'ha esmentat, estos materials posseïxen propietats termo-físiques superiors que poden donar lloc a una transferència de calor més eficient, una reducció dels costos de perforació, un menor consum d'electricitat en les bombes de calor i una disminució de la resistència tèrmica de la perforació. Esta llacuna en la investigació fa necessària una investigació en profunditat per a determinar la viabilitat i factibilitat de l'aplicació d'estos materials avançats en les BHE, facilitant en última instància la seua transformació en sistemes BTES fiables. Per tant, els principals objectius d'esta tesi doctoral són estudiar experimental i numèricament els impactes de l'ús de materials avançats per al fluid termòfor i el grouting com ara nanofluids i PCMs, en el rendiment del BHE com a sistemes BTES. L'estudi pretén seleccionar els materials més favorables, convertint-se en una referència pràctica i fiable per a futurs projectes i sectors industrials. / [EN] Due to severe environmental pollution and worldwide energy deficiency, exploiting renewable energies has become more critical than ever. Shallow geothermal energy (SGE) is considered a sustainable and renewable energy source with significant advantages in space heating and cooling, industrial applications, greenhouses, electricity production, agriculture industry devices, and hot water production, among others. The ground source heat pump (GSHP) system is a promising technology for utilizing SGE. In this system, a borehole heat exchanger (BHE) plays an important role and directly influences the coefficient of performance (COP) of this shallow geothermal system. Different approaches have been carried out to enhance the performance of the BHE, including using advanced materials for pipes, heat transfer fluids, and backfill/grout, designing new geometries, and optimizing the BHE to be used as borehole thermal energy storage (BTES) systems. Drilling costs, heat pump electricity consumption, and borehole thermal resistance can be reduced using materials with appropriate thermo-physical properties like nanofluids and heat storage materials. This results in not only a more significant heat transfer between the heat transfer fluid, the backfill/grout, and the soil but also lessens the thermal effect on the surroundings. Heat transfer fluid is one of the factors in optimizing the BHE to be used for thermal energy storage (TES). Increased thermal conductivity in the heat transfer fluid enhances heat transfer efficiency between the fluid and the heat storage materials, leading to a more rapid attainment of the phase change temperature in the storage materials. In essence, when employing a heat transfer fluid with superior thermal conductivity, the temperature of the heat storage material experiences quicker fluctuations, resulting in a significant reduction in the duration required for a complete phase change. Moreover, the use of phase change material (PCM) as a heat storage medium instead of conventional backfill/grout enables the BHE to be beneficial and applicable as a BTES system. In addition to decreasing the required borehole depth considerably, the BTES system can store and release energy daily and seasonally to reduce the load during peak hours. However, there is a notable gap in the literature concerning exploring and applying new heat storage and heat transfer fluid materials in BHEs to render them suitable for TES purposes. While various approaches have been undertaken to enhance BHE performance, including using advanced materials and design optimizations, most research has concentrated on the conventional goal of BHEs. More attention should be given to the potential advantages of these heat exchangers by applying nanofluids and PCMs as heat transfer fluids and heat storage media, respectively. As mentioned above, these materials possess superior thermo-physical properties that can lead to more efficient heat transfer, reduced drilling costs, lower electricity consumption in heat pumps, and diminished borehole thermal resistance. This research gap necessitates an in-depth investigation to determine the feasibility and practicality of implementing these advanced materials in BHEs, ultimately facilitating their transformation into reliable BTES systems. The outcomes of such research endeavors hold the promise of addressing environmental concerns and global energy deficiencies by advancing the utilization of renewable energy sources like SGE sustainably and effectively. Therefore, the main objectives of this doctoral dissertation are to study experimentally and numerically the impacts of using advanced materials for heat transfer fluid and backfill/grout, such as nanofluids and PCMs, on the performance of the BHE as BTES systems. The study aims to select the most favorable materials, making it a practical and reliable reference for future projects and industry sectors. / This research has received funding from the European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation program named GEOCOND under grant agreement No [727583]. / Javadi, H. (2024). Experimental and Numerical Study of the Thermo-Fluid Dynamics of Borehole Heat Exchangers Incorporating Advanced Materials to be Optimized for use as Thermal Energy Storage (BTES) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203144 / Compendio