Sistema de desmineralização de baixo custo COLÉGIO ESTADUAL ZUMBI DOS PALMARES – E.F.M.P Projeto de IC – “Água – Prêmio Jovem Cientista” Aluno: Roger Vicente Orientador: Carlos Augusto Ehrenfried Sistema de desmineralização de baixo custo

Introdução CNPq: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. Missão do CNPq: Financiamento de pesquisas científicas e tecnológicas nas diversas áreas do conhecimento, com bolsas e auxílios.

PJC: O Prêmio Jovem Cientista é uma parceria do CNPq, com a Fundação Roberto Marinho, a Gerdau e a GE. Missão do PJC: Tem como objetivos revelar talentos, impulsionar a pesquisa no país e investir em estudantes e jovens pesquisadores que procuram inovar na solução dos desafios da sociedade.

Tema proposto pelo PJC para pesquisa no ano de 2013: “Água – Desafios da Sociedade”. Eixos temáticos: Gestão de bacias hidrográficas. Tratamento e reuso da água. Água e saúde pública. Uso da água para geração de energia. Tecnologias para dessalinização da água.

“A água é uma substância essencial para a vida no planeta terra.1” 1 United Nations, http://www.un.org/waterforlifedecade/background.shtml, em 15/11/2013.

A água pode ser classificada1 de acordo com os resíduos nela encontrado, dependendo da finalidade de seu uso ou de acordo com o resíduos minerais dissolvidos nela. Menor que 50 mg/L CaCO3 - água mole; Entre 50 e 150 mg/L CaCO3 - água com dureza moderada; Entre 150 e 300 mg/L CaCO3 - água dura; Maior que 300 mg/L CaCO3 - água muito dura. 1 CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (CONAMA). Resolução 357. Classificação das águas, de 17 de março de 2005, Diário Oficial da União. Seção 1, 31 mar, 2005.

Para aplicações como combate a incêndio ou lavagem das ruas, a água teria de ser muito dura antes de causar problemas. Para outros usos, tanto domésticos como industriais, no entanto, a água dura causa muitos inconvenientes provocados pela incrustação dos sais, além da incapacidade ou dificuldade de o sabão fazer espuma.

Abastecimento do município de Colombo: majoritariamente de lenços freático e da bacia do Altíssimo Iguaçu, que esta sobre a formação capiru1. 1 MINEROPAR. Mapa Geológico do Estado do Paraná. 2006.

Formas de eliminação de sais minerais da água: Abrandamento. Destilação (Método mais utilizado1, alto custo2). Desmineralização por troca iônica. 1 BENDASSOLLI et al., Química Nova. 26(4), 612, 2003. 2 SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Pearson Prentice Hall. 2, 334, 2009.

Troca iônica: Feita através de resina especial, capaz de efetuar a troca de íons de interesse presente em solução1,2. 1 BENDASSOLLI, et. al., Química nova, 19(2), 195, 1996. 2 KUYA, et. al., Química Nova. 13, 205, 1990.

Metodologia Montagem de um equipamento de desmineralização. Analise de dados de dureza (via condutividade µs/cm) para água da rede de abastecimento, água de destilador simples, e água de destilador tipo pilsen. Determinação de custo total para cada equipamento.

Foto 01 – Desmineralizador. Materiais utilizados: 4X Tubo de PVC 50mm 1X Tubo de PVC 25mm 3 Litros de resina iônica mista 0,7 Kg de carvão ativado 4X Manta acrílica 8 X Bucha de redução soldável 8X Joelho soldável 25mm 4 X Luva soldável 50 mm 4 X União soldável 50mmX50mm 1X União soldável 25mmX25mm 1X Lixa de Ferro 1X Tubo de cola PVC 2x Luva rosca/cola 25mm 2x torneira plástica Foto 01 – Desmineralizador.

Ao final do seu ciclo a resina torna-se saturada, sendo necessário regenerá-la. A regeneração ocorre normalmente utilizando-se o ácido clorídrico, e Hidróxido de Sódio1,2. 1 - Resina mista saturada. 2 - Resina Mista saturada separada por densidade. Foto 02 – Resina saturada. 1 BENDASSOLLI, et. al., Química nova, 19(2), 195, 1996. 2 KUYA, et. al., Química Nova. 13, 205, 1990.

Visando maior durabilidade da resina, utilizou-se carvão ativado para eliminação de cloro. O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros.

A reutilização da resina gera resíduos com os mais variados íons A reutilização da resina gera resíduos com os mais variados íons. Visando utilizar este resíduo foi elaborado uma célula de energia do tipo Al-Air Baterry1,2 para a produção de energia a partir da oxidação do alumínio. 1 CHASTEEN, et. Al., Teach. 46, 544, 2008. 2 TAMEZ, J.; YU J.H., J. Chem. Educ. 84(12), 1936, 2007.

Condutividade elétrica em µs/cm Resultados Tabela 01 – Valores médios de condutividade elétrica observada. Fonte Condutividade elétrica em µs/cm Água da Rede 79,3 Dest. Serpentina 2,0 Dest. Pilsen 0,0 Desmineralizador

Tabela 03 – Custo em reais para energia elétrica e água. Tabela 02 – Valores de consumo em Watts (W) e litros de água (L) por litro de água destilada produzida. Equipamento W L Dest. com serpentina 750 1,14 Dest. Pilsen 700 41 Desmineralizador 1 Tabela 03 – Custo em reais para energia elétrica e água. Consumo Quantidade Valor (R$) Água 1 m3 2,363 Energia Elétrica 1 kWh 0,386534

Tabela 04 – Custo de produção em Reais para obtenção de 1 litro água sem sólidos dissolvidos. Equipamento Custo em R$/L Dest. com Serpentina 0,29259432 Dest. Pilsen 0,3650938 Desmineralizador 0,002363 O ciclo de saturação da coluna ocorreu após desmineralização média de 800 litros de água. Foi Utilizada uma solução 8% de HCl para a resina catiônica e de 4% de NaOH para a resina aniônica, sendo necessários 10 litros de cada solução para total regeneração.

Conclusão O custo mais baixo para cada litro de água sem sólidos dissolvidos é do sistema de desmineralização, não consumindo energia e não havendo perca de água. O maior grau de pureza (sem sólidos dissolvidos), foi obtido no sistema de desmineralização. A reutilização da água de regeneração propiciou um sistema de geração de energia de baixo custo.