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Desenvolvimento e otimização de um sistema híbrido de destilação solar para Tratamento de água deprodução Desenvolvimento e otimização de um sistema híbrido.

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1 Desenvolvimento e otimização de um sistema híbrido de destilação solar para Tratamento de água deprodução Desenvolvimento e otimização de um sistema híbrido de destilação solar para Tratamento de água de produção Aluno: Rafael Eugênio Moura Ramos (GRA- Eng. Química) Orientadores: Prof. Osvaldo Chiavone Filho Prof. Josette Lourdes de Souza Mello Prof. Josette Lourdes de Souza Mello

2 Sumário Objetivos Motivação Destilação solar Sistema solar Planejamento Experimental Metodologia Resultados e discussões Conclusões Cronograma de atividades Agradecimentos

3 Motivação Águas de produção: rejeito de maior volume da indústria do petróleo (pode chegar a mais de 90% do volume total produzido); Tratamentos dispendiosos e nem sempre eficazes; Importância de tratar a água e, se possível, reaproveitá-la; Energia solar: gratuita, abundante, não-poluente e eficaz; Destilador solar: principal uso da energia solar no tratamento de águas ( remoção de 98% dos sais ); Pré-aquecimento aumenta a produtividade do destilador solar;

4 Objetivos Realizar a destilação solar da água de produção (do emissário – Guamaré-RN) para remoção de sais da mesma, utilizando um sistema híbrido de pré- aquecimento solar. Objetivos secundários: quantificar a variação de temperatura dos fluidos (no destilador e no boiler), relacionando-a com as variáveis ambientais, especialmente a radiação solar; Modelagem do sistema para estudo de scale-up; Determinação de propriedades da água produzida; Estudo da taxa de evaporação; Otimização das condições no sistema solar; Remoção de óleos e graxas e outros contaminantes presentes; Diminuição da dureza; Análise da água tratada, para determinar a eficiência do sistema;

5 Destilação solar Tecnologia que imita, em pequena escala, o ciclo natural da água. Efeito estufa ( Efeito estufa (cobertura é transparente à radiação solar, mas opaca à radiação térmica emitida pela água). Vantagens: operação simples, baixo custo de manutenção, fonte energética gratuita, abundante e não poluente. Desvantagens: Custo elevado em larga escala, ocupa grandes áreas, deve estar em áreas com muita insolação durante todo o ano; Desvantagens: Custo elevado em larga escala, ocupa grandes áreas, deve estar em áreas com muita insolação durante todo o ano; baixa produtividade e eficiência (entre 38% e 43%). Esquema de funcionamento de um destilador solar Componentes do destilador: 1.Tanque; 2.Cobertura; 3.Canaletas; 4.Suporte; 5.Isolamento.

6 Sistema solar Fluxograma do processo COL120 C101 RES130 DEST210 C102 Legenda: C101 – Efluente poluído frio C102 – Efluente poluído pré-aquecido C201 – Água destilada RES110 – Reservatório de água de produção COL120 – Coletor solar (aquecedor) RES130 – Reservatório térmico DEST210 – Destilador solar LC – Controlador RES110 C102 LC h Válvulas Sensores (temperatura e nível) C201

7 Figura 1: Destilador solar de simples efeito, tipo duas águas, com inclinação da cobertura de 20º e área do tanque de 1m 2. Sistema solar Destilador Visão interna Detalhe da destilação

8 Sistema solar Figura 2:Sistema solar

9 Planejamento Experimental Sistema solar (piloto): Testes no sistema de pré-aquecimento: Com água comum; Com água comum; Com solução salobra (1000 a 2000ppm de NaCl); Com solução salobra (1000 a 2000ppm de NaCl); Otimimização dos parâmetros. Otimimização dos parâmetros. Testes no destilador solar (otimização dos parâmetros - batelada); Testes no sistema solar : Com solução salobra; Com solução salobra; Com água de produção (emissário). Com água de produção (emissário).

10 Metodologia 1.Medida de temperaturas: PT-100 (termo resistências) de aço inox, no boiler, na caixa d´água, no destilador (L e V) e Tamb. 2.Coleta de dados nos registradores,intervalo de leitura de um minuto. 3.Transmissão dos dados para um computador. 4.Obtenção de dados de: Temperatura do ar, radiação solar incidente e precipitação pluviométrica, adquiridos no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). Medição da T noboiler Medição da T no destiladorAquisição de dados

11 Resultados e discussões Aquecimento de água comum

12 Resultados e discussões Aquecimento de solução salobra (1000ppm de NaCl)

13 Resultados e discussões Destilador DiaVolume (L) 14/7/20081,605 19/7/20081,64 23/7/20081,861 24/7/20081,638 Tab.1 - Volume destilado em um dia (L) Vazão média: 3,6mL/min

14 Conclusões Os experimentos demonstraram que o aquecedor solar é eficiente no aquecimento de água, tanto de água comum como de água salobra. Como a faixa de temperatura da destilação solar se encontra entre 40 ºC e 70 ºC, o pré-aquecimento é adequado, pois a água entrará no destilador já aquecida, o que aumenta a produção do mesmo, e viabiliza a destilação mesmo em horas sem radiação solar; A radiação solar é a variável de maior influência em todo o sistema solar, pois influencia diretamente nas temperaturas do mesmo; Deve-se otimizar o isolamento térmico do destilador a fim de segurar por mais tempo as altas temperaturas, bem como aumentar a inclinação das canaletas para otimizar o rendimento do destilador. Os experimentos demonstraram que o aquecedor solar é eficiente no aquecimento de água, tanto de água comum como de água salobra. Como a faixa de temperatura da destilação solar se encontra entre 40 ºC e 70 ºC, o pré-aquecimento é adequado, pois a água entrará no destilador já aquecida, o que aumenta a produção do mesmo, e viabiliza a destilação mesmo em horas sem radiação solar; A radiação solar é a variável de maior influência em todo o sistema solar, pois influencia diretamente nas temperaturas do mesmo; Deve-se otimizar o isolamento térmico do destilador a fim de segurar por mais tempo as altas temperaturas, bem como aumentar a inclinação das canaletas para otimizar o rendimento do destilador.

15 Cronograma de atividades Julho 2008 Agosto 2008 Setembro 2008 Outubro 2008 Novembro 2008 Dezembro 2008 Revisão bibliográfica xxxxxx Experimentos- piloto xxxxx Cotação de equipamentos xx Otimização/ Desenvolvi- mento/ compra de equipamentos xx Experimentos otimizados xxx

16 Agradecimentos


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