0
UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES
URI – CAMPUS DE ERECHIM
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE LICENCIATURA EM MATEMÁTICA
Michele Ziolkoski
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE DESTILADORES VISANDO A
REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA E ENERGIA
ERECHIM - RS
2010
1
Michele Ziolkoski
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE DESTILADORES VISANDO A
REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA E ENERGIA
Trabalho
de
conclusão
de
curso
apresentado ao curso de Matemática, do
Departamento de Ciências Exatas e da
Terra, da Universidade Regional Integrada
do Alto Uruguai e das Missões – URI –
Campus de Erechim.
Orientador Prof. Cláudio Zakrzevski
ERECHIM - RS
2010
2
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha mãe Wilmira Colussi Ziolkoski, pela vida e pela
compreensão nos momento em que não pude estar presente, ao meu marido Adelar
Miguel Pereto que sempre me apoiou e incentivou.
Agradeço Deus que sempre esteve ao meu lado, dando forças para superar
os obstáculos.
Aos professores, em especial ao meu orientador Claúdio Zakrzevski, registro
aqui meus agradecimentos que além da orientação proporcionada, foi amigo
repassando seus conhecimentos com muita humildade, o que para mim representa
uma característica das pessoas realmente sábias.
Aos amigos e colegas e em especial a Camila Calderolli, minha colega,
sobrinha e companheira de toda esta trajetória.
3
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de destiladores, buscando a
melhor condição de vazão, visando a redução do consumo de água e energia. O
trabalho experimental foi realizado a partir da maior vazão de água de resfriamento
normalmente utilizada e após esta foi reduzida gradativamente. Posteriormente
foram analisados os resultados obtidos, e estes mostraram que em relação a
quantidade de água para resfriamento, se utilizarmos a menor condição de vazão
teremos uma redução de aproximadamente 64% no consumo de água sem afetar a
produção de água destilada. Já no que se refere a economia de energia este valor
pode ser reduzido em aproximadamente 13%.
Palavras-chave: Destilação. Água. Energia.
4
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Destilador de Bancada............................................................................
9
Figura 2 - Aspecto dos resíduos depositados na câmara de destilação................. 10
Figura 3 - Destilador de Parede............................................................................... 11
Figura 4 – Gráfica da variação da temperatura em função do calor fornecido para
a água.................................................................................................... 13
Figura 5 – Distribuição da Água no Planeta............................................................ 15
Figura 6 – Destilador de água do tipo Pilsem utilizado no experimento................... 19
Figura 7 – Quantidade de água para resfriamento (litros) para produção de 1 litro
de água destilada................................................................................... 21
Figura 8 – Consumo diário de água para resfriamento na URI – Campus de
Erechim.................................................................................................. 22
Figura 9 – Comparativo entre as duas modalidades de perda de calor em
destiladores ........................................................................................ 24
Figura 10 – Energia elétrica (kcal) necessária para produzi r 1 litro de água
Destilada.............................................................................................. 25
Figura 11 – Diferença entre o maior e o menor consumo de energia elétrica....... 26
5
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Consumo de água para o processo de destilação...........................20
Tabela 2 – Diferença entre a energia de entrada e saída do equipamento.....24
Tabela 3 – Custo de energia elétrica nos diferentes experimentos...................25
6
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...................................................................................................... 07
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................. 08
2.1 PROCESSO DE DESTILAÇÃO: ALGUMAS DEFINIÇÕES.............................. 08
2.2 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE.......................................................... 11
2.3 CURVA DE AQUECIMENTO............................................................................ 12
2.4 POTÊNCIA E ENERGIA ELÉTRICA................................................................... 13
2.5 ÁGUA NO MEIO AMBIENTE ............................................................................. 14
2.6 ÁGUA COMO RECURSO FINITO..................................................................... 16
3 MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................... 17
3.1 AVALIAÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA NECESSÁRIA PARA O PROCESSO
DE DESTILAÇÃO.................................................................................................... 19
3.2 AVALIAÇÃO DO BALANÇO ENERGÉTICO...................................................... 22
4 CONCLUSÕES..................................................................................................... 27
REFERÊNCIAS........................................................................................................ 28
7
1 INTRODUÇÃO
Atualmente tornou-se comum a preocupação com o desperdício de água
potável. Ao contrário do que ocorria no passado, hoje todos os seres humanos têm
consciência de que a água potável é um bem finito e indispensável à sobrevivência
da espécie humana.
Considerando que o consumo de água no processo de destilação é elevado, e
nele somente pode ser utilizada água potável, é de fundamental importância que se
busque a melhor condição para que o mesmo ocorra com menor consumo de água
possível. Com isso, estaremos ajudando a preservar este recurso precioso.
A presente pesquisa tem como objetivo investigar qual a vazão ideal de água
potável de resfriamento a ser adotada no processo de destilação de água para
utilização em laboratório a fim de proporcionar economia desse recurso e quantificar
seu valor no que se refere ao volume e ao custo monetário, quando se utiliza a
melhor condição de vazão.
Este trabalho é composto por uma revisão bibliográfica que aborda temas
relacionados com o assunto da pesquisa, após são apresentados os procedimentos
e materiais que utilizados no experimento, juntamente com os respectivos resultados
obtidos, levaram às conclusões que finalizam este relato.
8
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PROCESSO DE DESTILAÇÃO: ALGUMAS DEFINIÇÕES
Na natureza, grande parte das amostras de matéria é constituída por duas ou
mais substâncias puras, as quais se dividem em simples e compostas. A água pode
ser considerada uma substância pura composta. Pura quando apresenta em sua
composição 11,1% de hidrogênio e 88,9% de oxigênio em peso, ponto de fusão 0° C
(1atm), ponto de ebulição 100° C (1atm) e densidade de 1g/ml (4° C) e outras
propriedades com valores constantes. Composta, pois, resulta da ligação entre dois
átomos de hidrogênio e um de oxigênio H2O (CARVALHO, 2001).
O que difere uma substância pura simples de uma substância pura composta
é que a composta pode ser decomposta ou dividida por agentes físicos em diversas
substâncias puras simples, portanto, a substância pura simples é formada por um
único elemento químico e a composta é formada por dois ou mais elementos
químicos diferentes.
O autor ainda refere que um material formado por duas ou mais substâncias
puras simples, mas que em sua composição as propriedades como a densidade, o
ponto de fusão e o ponto de ebulição sejam variáveis é denominado mistura, e as
substâncias puras que a compõe são chamadas componentes da mistura.
As misturas podem ser homogêneas, quando se constituem de uma única
fase, sendo impossível distinguir superfícies de separação de seus componentes.
Toda solução é definida como mistura homogênea. Se a mistura for constituída por
duas ou mais fases, será denominada mistura heterogênea.
8
Para Carvalho (2001), a substância pura, durante a mudança de fase mantém
a temperatura constante do início ao fim do processo, o que não ocorre com as
misturas, nas quais a temperatura é variável.
A destilação é o processo pelo qual ocorre a separação dos componentes de
uma mistura líquida. Esta operação consiste no aquecimento desta mistura fazendo
com que passe da fase líquida à fase de vapor, denominado vaporização.
Posteriormente estes vapores retornam a fase líquida por resfriamento, a qual
chamamos de condensação (REY, 1970).
A figura 1 mostra um destilador simples de bancada com seus componentes
indicados.
1-Balão de Destilação
4-Condensador
2-Fonte de calor
5-Coleta do destilado
3-Termômetro.
Fonte: www.sobiologia.com.br/conteudos/Agua/Agua6.php
Figura 1 – Destilador de Bancada
Para obtermos um maior nível de pureza, deve-se refazer o processo, ou
seja, uma nova destilação que recebe o nome de retificação, o equipamento
9
utilizado para o processo de retificação é o bidestilador, mas na ausência deste
pode-se repetir o processo no destilador simples.
O produto obtido após a destilação é mais puro do que o inicial, porém, o
percentual de pureza nunca atinge 100 %. A figura 2 mostra os resíduos
(normalmente sais como carbonatos e sulfatos) que ficam depositados na câmara de
destilação.
Figura 2 - Aspecto dos resíduos depositados na câmara de destilação de um destilador.
As indústrias químicas e petrolíferas fazem uso do processo de destilação
para separação de líquidos de seus constituintes (COULSON, 1968, p. 351). A água
destilada é muito utilizada em hospitais, clínicas para a diluição de medicamentos
como a penicilina que é liofilizada e para sua aplicação é necessário ser diluída, e
também em medicações administradas em crianças.
Os destiladores utilizados para a obtenção de água destilada para processo
de análises e reações químicas diferenciam-se dos destiladores de bancada com
10
relação à sua estrutura, porém funcionam conforme os princípios indicados acima.
Seu aspecto é mostrado na figura 3.
Fonte: www.biovera.com.br/equipamentos.asp
Figura 3 – Destilador de parede
2.2 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE
Halliday (2002, p.147) diz que “calor é a energia que é transferida entre um
sistema e o seu ambiente devido a uma diferença de temperatura que existe entre
eles”.
A destilação ocorre quando há transferência de calor para uma substância
líquida, calor esse chamado de calor latente de ebulição. Entretanto, antes de
ocorrer a ebulição o calor cedido para o líquido é conhecido por calor sensível e
eleva a temperatura do líquido até a temperatura do ponto de ebulição.
O vapor produzido pela ebulição é posteriormente condensado quando este
entra em contato com uma superfície fria, geralmente resfriada com água, e retorna
a fase líquida com uma grande redução dos seus contaminantes que ficam retidos
na câmara de ebulição.
A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo faz alterar a
sua temperatura. Esta variação de temperatura vai depender da massa da
11
substância e do seu calor específico, sendo este, a quantidade de calor que se deve
fornecer ou retirar de uma massa unitária de determinada substância para variar a
sua temperatura em 1°C.
A quantidade de calor sensível é definida pela equação (01):
Q=m.c.∆T
(01)
sendo m= massa (g), c= calor específico (cal/g°C) e ∆T= variação de
temperatura (°C). O calor específico da água na fase líquida e na fase gasosa
equivale a 1 cal/g°C e na fase sólida é de 0,5 cal/g°C (SEARS; ZEMANSKI; YOUNG,
1984).
O calor latente é a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo que
irá provocar a sua mudança de fase. A quantidade de calor trocado (absorvido ou
cedido), vai depender da massa e do calor latente da substância. Os valores de
calor latente da água em diferentes processos são: calor latente de vaporização da
água é de 540 cal/g, de condensação da água é de -540 cal/g, de fusão do gelo 80
cal/g e de solidificação da água é de -80 cal/g. O calor latente é definido pela
equação (02):
Q=m.L
(02)
onde m= massa (g) e L= calor latente (cal/g).
2.3 CURVA DE AQUECIMENTO
É uma representação gráfica do comportamento da água nos diferentes
estados físicos, conforme varia a temperatura (Figura 4). No exemplo utilizado, num
primeiro momento que corresponde ao início da curva, ocorre uma alteração na
temperatura do gelo de -10°C para 0°C. Quando o gelo atinge 0°C a temperatura
permanece constante até que todo o gelo tenha se transformado em líquido, ocorre
mudança de fase, ou seja, da fase sólida a substância passa para a fase líquida.
Entre 0°C e 100°C não há mudança de fase, somente aumento da temperatura e em
12
100°C ocorre novamente uma mudança de fase passando a água da fase líquida
para a fase de vapor. (SERWAY, 1996).
140
T(°C)
120
100
80
60
40
20
0
-20
Q(cal)
Figura 4: Gráfico da variação da temperatura em função do calor fornecido para a água.
2.4 POTÊNCIA E ENERGIA ELÉTRICA
Potência é o trabalho realizado por unidade de tempo. Sua unidade de
medida no SI (sistema internacional) é o Watt (W) e indica a quantidade de energia
em joules (J) transformada num aparelho em cada segundo de funcionamento.
Utiliza-se ainda o cavalo-vapor (HP) que equivale a 746 W (TIPLER,2000).
Em sistemas elétricos a potência é analisada segundo parâmetros que
incluem corrente e tensão elétrica, sendo assim podemos calcular a potência pela
equação (03), onde i é a intensidade de corrente elétrica do circuito e a sua unidade
de medida é o ampères (A). U é a diferença de potencial (ddp) entre dois pontos A e
B e sua unidade de medida é o Volt (V). Desta forma a potência P representa a taxa
a que a energia é fornecida para um elemento de um circuito ou circuito completo.
(SERWAY, 2006).
P = U.i
(03)
13
Energia é a capacidade que apresenta um sistema material e que poderá
transformar-se em trabalho mecânico produzido por uma força. Um princípio de
importância transcendental na Ciência é o de que a conservação de energia
existente no Universo é constante, isto é, não se pode criar nem destruir energia,
mas somente transformar uma forma de energia em outra.
A Energia elétrica pode ser calculada pela equação (04) e a unidade de
medida utilizada pelas companhias elétricas para calcular a transferência de energia
é o quilowatts/hora (kWh) que é a quantidade de energia trocada no intervalo de
tempo de 1 hora à taxa constante de 1 kW ou 3,6 x106 J (SERWAY, 2006).
Eel = P.∆t
(04)
2.5 ÁGUA NO MEIO AMBIENTE
O planeta terra é formado de aproximadamente 75% de água, mas desta
quantidade a maior parte é água salgada imprópria para o consumo. A água é
abundante na natureza não só em sua fase líquida, mas também em sua fase sólida
e de vapor, presente nas geleiras e na atmosfera. O Brasil dispõe de cerca de 20%
da água doce do mundo, apesar desta aparente fartura, em algumas regiões do
território existe problemas ocasionados pela falta de água, isso se deve a poluição
dos rios e a distância entre as fontes e os centros consumidores. A Amazônia é um
exemplo clássico desta disparidade, pois possui 80% da água superficial do
território, enquanto que apresenta uma baixa concentração populacional(JUSVI,
2008)
A figura 5 nos apresenta a distribuição da água em nosso planeta, bem como
o uso da mesma pela humanidade.
14
Figura 5 – Distribuição da Água no Planeta. Adaptado de Almanaque Abril 2010
Em seu estado natural a água não é completamente pura, devido a sua
passagem pelo solo ou pela atmosfera. Nos centros urbanos a água que provém de
lagos ou rios é tratada pelo processo de decantação, filtração e cloração para ser
distribuída.
15
2.6 ÁGUA COMO RECURSO FINITO
A água indispensável à vida simboliza a fecundidade e tem sido ao longo da
história objeto cobiça e conflitos. A abundância ou escassez de água foi
determinante no processo de desenvolvimento das civilizações. No momento atual,
apesar de todos os avanços tecnológicos, o mundo enfrenta enormes problemas em
razão do esgotamento das reservas de água (SÁNCHEZ, 2001).
Entre os recursos naturais, a água é o elemento mais importante para a
subsistência das espécies, que dependem da sua disponibilidade para satisfazer as
suas necessidades. Quase todos os aspectos da vida do homem giram em torno
desta, razão pela qual os povos se desenvolveram, ao longo da história, nas
proximidades de fontes de água. Basta recordar como a origem da agricultura se
deu nas margens dos grandes rios que definiram o território do Crescente Fértil:
Nilo, Tigre, Eufrates, etc (CAPELA, SILVA, CARDOSO, 2002).
Segundo a ONU (Organização das Nações Unidas), em 20 anos faltará água
para dois terços da população. Essa escassez se deve ao consumo desordenado.
Dados revelam que o consumo de água dobrou em relação ao crescimento
populacional no último século. Com isso, aproximadamente 1 bilhão de habitantes
não terá acesso a água limpa suficiente para suprir necessidades básicas
(DEMOCRACIABERTA, 2009).
A falta de água tende a aumentar, provocando um forte impacto ambiental, o
que acarretará na escassez de alimentos, tornando-os mais caros e menos
acessíveis, principalmente para as populações de baixa renda.
O aquecimento global também é um fator que influencia na constante
preocupação com a água. Cientistas prevêem uma maior ocorrência de secas, e
surgimento de novos desertos.
16
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Para realização deste trabalho, buscou-se embasamento teórico a respeito do
processo de destilação, calor sensível e calor latente, curva de aquecimento da
água, potência e energia elétrica. A verificação experimental da vazão ideal de água
potável utilizada no processo de destilação foi desenvolvida com práticas simples de
medições, através de equipamentos adequados a este fim, descritos a seguir.
Proveta graduada de 1000 ml,
Cronômetro;
Mangueiras plásticas;
Reservatórios (2 frascos de 5000 ml cada);
Termômetro digital;
Destilador tipo Pilsen com capacidade de 5 litros/hora;
Água potável
Multímetro
Alicate amperométrica
Na execução do experimento, primeiramente foi feita a medição e marcação
do nível correspondente a 5000 ml nos reservatórios (2 unidades) que serviram
como parâmetro para a determinação da quantidade de água de resfriamento
utilizada nos testes. Para estabelecer este nível de referência, foi empregada uma
proveta de 1000 ml para encher os reservatórios até a marca de 5 litros.
A fim de obter a curva de consumo de água de resfriamento, estipularam-se
sete valores de vazão de água de resfriamento medindo-se, antes de cada repetição
17
do experimento, o tempo necessário para encher uma proveta de 1000 ml. Tomouse como ponto de partida a vazão máxima e estabeleceu-se que haveria a redução
gradativa da vazão de cada repetição. Para isso foi aumentado o valor do tempo
necessário para encher a proveta de 5 em 5 segundos afim de que a vazão da água
diminuísse progressivamente.
Os valores medidos foram de 3,33 l/min; 2,99 l/min; 2,67 l/min; 1,85 l/min;
1,50 l/min; 1,37 l/min; 1,29 l/min.
Após estabelecer a vazão como descrito nos parágrafos anteriores,
cronometrou-se o tempo de enchimento de uma proveta de 1000 ml com água
destilada, e simultaneamente, utilizando-se dos frascos com volume predeterminado
de 5000 ml, mediu-se a quantidade de água de resfriamento necessária para esse
processo. Essas medições foram repetidas sete vezes, uma para cada valor de
vazão estipulada de água de resfriamento.
Além disso, com a utilização de um termômetro digital foi medida a
temperatura da água na entrada (torneira) e na saída do processo para avaliar a
perda de calor através da água descartada. Também foi medida a intensidade de
corrente elétrica e a tensão fornecida ao destilador para o cálculo de potência
elétrica necessária para o processo e determinação de seu rendimento energético.
Neste experimento foi utilizado o destilador da Central de Materiais do prédio
9 (Figura 6), o qual apresenta as seguintes características:
Destilador de água tipo Pilsen
Marca: Biomatic
Capacidade: 5 litros/hora
Corrente nominal: 18 A
Tensão nominal: 220 V
Pureza da água obtida: < 4 μSiemens
18
Figura 6: Destilador de água do tipo Pilsen utilizado no experimento.
Os dados referentes às medições de cada experimento foram registrados na
tabela 1.
3.1 AVALIAÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA NECESSÁRIA PARAO PROCESSO DE
DESTILAÇÃO
Para o processo de destilação, a água necessária que dá entrada no
equipamento oriunda da rede de distribuição é dividida em duas partes: a utilizada
como produto final do processo (água destilada) e a água utilizada no processo de
resfriamento do vapor afim de que este se transforme em água destilada.
A ebulição da água ocorre devido a energia térmica fornecida pela resistência
elétrica na forma de calor latente a uma proporção de 540 cal/g de água evaporada.
19
Após a ebulição, o vapor deve ser novamente convertido em água no estado líquido
o que exige a retirada da mesma quantidade de calor (540 cal/g por grama de vapor
condensado) que é feito pela água de resfriamento. Esse calor é posteriormente
descartado juntamente com a água.
Tabela 1: Consumo de água para o processo de destilação
Experim.
1
2
3
4
5
6
7
Água Utilizada
para
Resfriamento
(litros)
43,57
40,00
35,11
22,89
17,44
16,76
15,88
Tempo Para
Destilar 1 litro
de Água
(minutos)
13,08
13,34
13,13
12,40
11,59
12,22
12,28
Consumo de
Água
(litros/minuto)
3,33
2,99
2,67
1,85
1,50
1,37
1,29
Consumo Diário
Médio de Água
para Resfriamento
(litros)
1524,95
1400,00
1229,02
801,15
610,33
586,77
555,76
Consumo Mensal Médio
de Água para
Resfriamento (litros)
33548,90
30800,00
27038,55
17625,30
13427,26
12909,05
12226,83
Através destes experimentos pode-se constatar uma grande diferença na
quantidade de água para resfriamento utilizada entre o 1º e no 7º experimento. No
experimento 7 para produzirmos 1 litro de água destilada foi utilizado 27,691 litros de
água a menos do que no experimento 1, isso representa uma economia de 63,56%
de água durante o processo. Este comportamento está representado na figura 7.
50
45
volume (litros)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
Experimentos
Figura 7 - Quantidade de água para resfriamento (litros) para produção de 1 litro de água destilada.
20
Através de informações obtidas na Central de Materiais do Centro
Tecnológico, sabe-se que são produzidos, em média, 35 litros de água destilada por
dia. Sendo assim, a quantidade de água de resfriamento necessária para a condição
de maior consumo é de 1524,95 litros e na condição de menor consumo são 555,76
litros.
Além do destilador da Central de Materiais, existem mais 2 outros
destiladores em funcionamento, um no Laboratório de Biotecnologia que produz em
média 25 litros por dia, e outro na Central de Materiais do Centro de Ciências da
Saúde (prédio 12) fornecendo 7,5 litros por dia.
Sendo assim, a produção diária total de água destilada é de 67,5 litros com a
utilização de água para resfriamento chega ao valor de 2.940,97 litros para a
condição de maior consumo e pode ser reduzido para 1.071,83 litros para a
condição de menor consumo,estes valores estão representados na figura 8.
3500
Volume (litros)
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1º
7º
Experimentos
Figura 8: Consumo diário de água para resfriamento na URI – Campus de Erechim.
21
Com essas informações, o consumo médio mensal de água de resfriamento
(considerando 22 dias de trabalho/mês) é de 64.701,34 litros para a condição de
maior consumo e pode ser reduzido para 23.580,26 litros para a condição de menor
consumo.
O custo mensal resultante da utilização desses equipamentos que atualmente
é de R$ 368,90 poderá ser reduzido para R$ 134,40. Anualmente os valores vão dos
atuais R$ 4.426,80 para R$ 1.612,87. Para esse cálculo considerou-se o valor de R$
5,70 o m3 de água.
Atualmente a URI – Campus de Erechim consome mensalmente uma média
de 870 m3 de água. Deste montante, 7,44% é destinado a produção de água
destilada. Este valor poderá ser reduzido para 2,71%.
3.2 ANÁLISE DO BALANÇO ENERGÉTICO
O balanço energético do processo de destilação está baseado na relação
entre a energia elétrica (entrada energética) que é responsável pela transformação
da água do estado líquido para o estado de vapor e a saída de calor que ocorre
como dissipação através da carcaça do equipamento e da água que condensa o
vapor e o transforma em água no estado líquido (saída energética).
Para quantificar o valor de energia elétrica necessária utilizou-se uma alicate
amperométrica para a medição da intensidade de corrente elétrica que passava pelo
destilador e um multímetro digital ajustado para funcionar como voltímetro a fim de
mediu-se a tensão elétrica fornecida. Com essas duas informações, calculou-se a
energia através das equações 03 e 04.
Os valores medidos foram:U = 216 V e i = 15,1 A
Aplicando esses valores na equação (03) obteve-se um a potência de 3.261,6
W. Sabendo que na condição de maior vazão (experimento 1) o tempo necessário
22
para destilar 1 litro de água foi de 13,08 minutos (0,218 horas) foi possível calcular o
valor da energia consumida através da equação (04) o que resultou em 711,03 Wh,
que convertidos representam 611.491,56 cal (entrada de energia no sistema).
Considerando que após a ebulição a água deve resfriar o vapor produzido
pela ebulição de 1 litro de água, pode-se calcular a quantidade de calor latente
retirado pela equação (02).
Sendo a massa de 1 litro de água equivalente a 1000 gramas e considerando
o calor latente de condensação da água como 540 cal/g, a energia térmica retirada
do vapor é de 540.000 calorias (saída de energia no sistema através da água de
resfriamento).
A diferença entre a energia de entrada no equipamento e a energia de saída
do mesmo através da água consiste na energia perdida na carcaça. Os valores
referentes a esses cálculos são apresentados na tabela 2.
Tabela 2 : Diferença entre a energia de entrada e saída no equipamento.
Energia de Entrada
Tempo
Experim. (min:seg)
1°
13:08
2°
13:34
3°
13:13
4°
12:40
5º
11:59
6°
12:22
7°
12:28
12:46
Média
Energia Elétrica (kcal)
614,00
634,24
617,88
592,17
560,22
578,14
582,82
597,06
Energia de Saída
Energia perdida
Calor latente (kcal)
na carcaça (kcal)
540,00
73,98
540,00
94,24
540,00
77,88
540,00
52,17
540,00
20,22
540,00
38,14
540,00
42,82
540,00
57,06
Em termos médios, a perda energética percentual é de 90,44% pela água de
resfriamento e 9,56% pela carcaça do equipamento, figura 9.
23
100
90
80
70
%
60
50
40
30
20
10
0
1º
2º
Experimentos
Figura 9: Diferença percentual entre as duas modalidades de perda de calor em destiladores.
Com relação ao consumo de energia elétrica, observa-se que a quantidade de
eletricidade necessária para destilar 1 litro de água fica atualmente em torno de 0,74
kWh e poderá ser reduzido para 0,65 kWh na condição de menor consumo de
eletricidade. Isso significa uma redução de 12,16%.
A tabela 3 mostra os valores de energia elétrica consumida na destilação para
cada situação testada, bem como os valores financeiros mensais e anuais
dispensados para o processo.
Tabela 3 : Custo de energia elétrica no diferentes experimentos.
Experim.
1°
2°
3°
4°
5º
6°
7°
Energia Elétrica de Entrada (kW/h)
0,71
0,74
0,72
0,69
0,65
0,67
0,68
Custo Mensal (R$) Custo Anual (R$)
255,23
3062,75
263,65
3163,81
256,85
3082,18
246,16
2953,92
232,88
2794,57
240,33
2883,96
242,27
2907,28
Os valores da tabela 3 estão representados na figura 10.
24
640
Energia Elétrica (kcal)
620
600
580
560
540
520
1°
2°
3°
4°
5º
6°
7°
Experimentos
Figura 10:Quantidade de Energia elétrica (kcal) necessária para produzir 1 litro de água destilada.
Considerando que a produção mensal de água destilada na URI – Campus de
Erechim fica em torno de 1485 litros, conclui-se que a necessidade de energia
elétrica é de 1084,0 kWh, a um custo de R$ 0,25 o kWh, o que resulta num valor de
R$ 271,00. Esse custo poderá baixar se for adotada a condição de menor consumo
de eletricidade (experimento 5). Nessa condição poderá haver uma redução do valor
da energia elétrica para R$ 241,31. A diferença em termos energéticos está
representada na figura 11.
0,76
Energia Elétrica (kcal)
0,74
0,72
0,7
0,68
0,66
0,64
0,62
0,6
1
2
Experimentos
Figura 11: Diferença entre o maior e o menor consumo de energia elétrica
25
4 Considerações Finais
O presente trabalho que teve como objetivo a avaliação do processo de
destilação de água e energia para uso em laboratórios, nos mostra que há a
possibilidade de uma significativa redução do consumo de água de resfriamento e
também de energia elétrica.
Com relação à quantidade de água de resfriamento, o volume que
usualmente é utilizado é de 43,57 litros para cada litro de água destilada produzida.
Este valor pode ser reduzido para 15,88 litros, o que representa uma redução de
63,56%. Em nível de URI – Campus de Erechim, o total do consumo mensal pode
passar de 64,70 m3 para 23,58 m3. Esta economia é de grande importância tanto no
aspecto ambiental em função da crescente escassez deste recurso como no aspecto
financeiro.
Com relação ao consumo energético a diferença entre o maior e o menor
valor é menos significativa, e vai de 0,74 kWh para 0,65 kWh, uma redução de
12,6% em cada litro de água destilada produzida.
Pode-se sugerir que futuramente sejam realizados outros trabalhos que visem
o aproveitamento do calor e da água perdida no processo descrito, para outras
aplicações ou para a realimentação do processo após resfriamento prévio. Dessa
forma podemos contribuir para a redução da utilização de recursos tanto financeiros
como naturais em nossas atividades diárias.
26
REFERÊNCIAS
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CARVALHO. G. C. Química Moderna.São Paulo: Editora Scipione, 2001.
COULSON, J. M. RICHARDSON, J.F. Tecnologia Química. 2 ed. Lisboa: Fundação
Caloustone Gul Benkian,1968.
EPSHTEIN, D. Fundamentos de Tecnologia Química. Moscu: Editora Mir.
HALLIDAY, W.R. Fundamentos da Física. 6 ed. Rio de Janeiro. LTC _ Livros
Técnicos e Científicos S. A, 2002.
KOLTZ, J. C. Química & Reações Químicas. 3 ed. Rio de Janeiro. LTC _ Livros
Técnicos e Científicos editora S.A, 1998.
REY, A. B. Física / Química Modernas: Química Tecnológica Fundamental. São
Paulo: Edições Fortaleza, 1970.
_________ Física / Química Modernas.São Paulo: Edições Fortaleza,1970.
SEARS, F. ZEMANSKI, M. W. YOUNG, H. D. Física 2: Mecânica dos Fluídos, Calor
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27
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