Desenvolvimento e otimização
de um sistema híbrido de
destilação solar para Tratamento
de água de produção
Aluno:
Orientadores:
Rafael Eugênio Moura Ramos (GRA- Eng. Química)
Prof. Osvaldo Chiavone Filho
Prof. Josette Lourdes de Souza Mello
Sumário
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•
•
Objetivos
Motivação
Destilação solar
Sistema solar
Planejamento Experimental
Metodologia
Resultados e discussões
Conclusões
Cronograma de atividades
Agradecimentos
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;
Objetivos
Realizar a destilação solar da água de produção (do emissário – Guamaré-RN)
para remoção de sais da mesma, utilizando um sistema híbrido de préaquecimento 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;
Destilação solar
Tecnologia que imita, em pequena
escala, o ciclo natural da água.
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; 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.
Sistema solar
Fluxograma do processo
RES110
C101
C102
COL120
RES130
C102
LC
C201
DEST210
h
Legenda:
C101 – Efluente poluído frio
RES110 – Reservatório de água de produção
C102 – Efluente poluído pré-aquecido
COL120 – Coletor solar (aquecedor)
C201 – Água destilada
RES130 – Reservatório térmico
DEST210 – Destilador solar
Válvulas
Sensores (temperatura e
nível)
LC – Controlador
Sistema solar
Destilador
Visão interna
Figura 1: Destilador solar de simples efeito, tipo
duas águas, com inclinação da cobertura de 20º
e área do tanque de 1m2.
Detalhe da destilação
Sistema solar
Figura 2:Sistema solar
Planejamento Experimental
Sistema solar (piloto):
Testes no sistema de pré-aquecimento:
Com água comum;
Com solução salobra (1000 a 2000ppm de NaCl);
Otimimização dos parâmetros.
Testes no destilador solar (otimização dos parâmetros - batelada);
Testes no sistema solar :
Com solução salobra;
Com água de produção (emissário).
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 no“boiler”
Medição da T no destilador
Aquisição de dados
Resultados e discussões
Aquecimento de água comum
Radiação Solar global média (INPE)
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
0
60
120
180
240
300
360
420
Tempo (min)
480
Radiação Solar global
(W/m²)
Temperatura (ºC)
Aquecimento água comum
1200
1000
800
600
400
200
0
0
60
120
180
240
300
360
420
Tempo (min)
Temperatura boiler 26/05
Temperatura ar (INPE) 26/05
Temperatura boiler 30/05
Temperatura ar (INPE) 30/05
Radiação solar global 26/05
Temperatura boiler 03/06
Temperatura ar (INPE) 03/06
Radiação solar global 03/06
Radiação solar global 30/05
480
Resultados e discussões
Aquecimento de solução salobra (1000ppm de NaCl)
Radiação solar global média (18 e 19/06)
Temperatura (ºC)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
120
240
360
480
600
720
840
960
1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800
Tempo (min)
Temperatura boiler
Temperatura ar
Radiação solar global (W/m²)
Aquecimento solução salobra (18 e 19/06)
1200
1000
800
600
400
200
0
0
120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800
Tempo (min)
Resultados e discussões
Destilador
Medição de T no boiler e T do L e V no destilador
23/07/08
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Hora
Vazão média: 3,6mL/min
Dia
Volume (L)
14/7/2008
1,605
19/7/2008
1,64
23/7/2008
1,861
24/7/2008
1,638
Tab.1 - Volume destilado em um dia (L)
Temperatura (C)
:2
6
17
:2
6
:2
6
15
14
:2
6
13
:2
6
:2
6
12
11
:2
6
10
:2
6
09
:2
6
80
08
07
:2
6
Volume de destilado (mL)
Vazão de destilado de 23/07/08 (mL/min)
T líquido
60
T vapor
T boiler
40
20
0
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48
Hora
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.
Cronograma de atividades
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
2008
2008
2008
2008
2008
2008
Revisão
bibliográfica
x
x
x
x
x
x
Experimentospiloto
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Cotação de
equipamentos
Otimização/
Desenvolvimento/
compra de
equipamentos
Experimentos
otimizados
x
Agradecimentos