desenvolvimento e otimização de um sistema híbrido de destilação solar para tratamento de água...
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Desenvolvimento e otimização Desenvolvimento e otimização de um sistema híbrido de de um sistema híbrido de
destilação solar para Tratamento destilação solar para Tratamento de água dede água de produçãoprodução
Aluno: Aluno: Rafael Eugênio Moura Ramos (GRA- Eng. Química)Rafael Eugênio Moura Ramos (GRA- Eng. Química)Orientadores: Orientadores: Prof. Osvaldo Chiavone FilhoProf. Osvaldo Chiavone Filho Prof. Josette Lourdes de Souza MelloProf. Josette Lourdes de Souza Mello
Sumário
• 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;
ObjetivosObjetivos
Realizar a destilação solar da água de produção (do emissário – Guamaré-RN) Realizar a destilação solar da água de produção (do emissário – Guamaré-RN)
para remoção de sais da mesma, utilizando um sistema híbrido de pré-para remoção de sais da mesma, utilizando um sistema híbrido de pré-
aquecimento solar.aquecimento solar.
Objetivos secundários:Objetivos secundários:
quantificar a variação de temperatura dos fluidos (no destilador e no boiler), quantificar a variação de temperatura dos fluidos (no destilador e no boiler),
relacionando-a com as variáveis ambientais, especialmente a radiação solar;relacionando-a com as variáveis ambientais, especialmente a radiação solar;
Modelagem do sistema para estudo de scale-up;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 (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.
DesvantagensDesvantagens: Custo elevado em : Custo elevado em larga escala, ocupa grandes áreas, larga escala, ocupa grandes áreas,
deve estar emdeve estar em áreas com muita áreas com muita insolação durante todo o ano; 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 solarSistema solarFluxograma do processoFluxograma do processo
COL120C101
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
RES110C102
LC
h
Válvulas
Sensores (temperatura e nível)
C201
Figura 1: Destilador solar de simples efeito, tipo Figura 1: Destilador solar de simples efeito, tipo duas águas, com inclinação da cobertura de 20º duas águas, com inclinação da cobertura de 20º e área do tanque de 1me área do tanque de 1m22..
Sistema solarSistema solarDestiladorDestilador
Visão interna
Detalhe da destilação
Sistema solarSistema solar
Figura 2:Sistema solar
Planejamento ExperimentalPlanejamento Experimental
Sistema solar (piloto):Sistema solar (piloto):
Testes no sistema de pré-aquecimento: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 destilador solar (otimização dos parâmetros - batelada);
Testes no sistema solar :Testes no sistema solar :
Com solução salobra;Com solução salobra;
Com água de produção (emissário).Com água de produção (emissário).
MetodologiaMetodologia
1.1. Medida de temperaturas: PT-100 (termo resistências) de aço inox, Medida de temperaturas: PT-100 (termo resistências) de aço inox, no boiler, na caixa d´água, no destilador (L e V) e Tamb.no boiler, na caixa d´água, no destilador (L e V) e Tamb.
2.2. Coleta de dados nos registradores,intervalo de leitura de um minuto. Coleta de dados nos registradores,intervalo de leitura de um minuto.
3.3. Transmissão dos dados para um computador. Transmissão dos dados para um computador.
4.4. Obtenção de dados de: Temperatura do ar, radiação solar incidente Obtenção de dados de: Temperatura do ar, radiação solar incidente e precipitação pluviométrica, adquiridos no INPE (Instituto Nacional e precipitação pluviométrica, adquiridos no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). de Pesquisas Espaciais).
Medição da T no“boiler” Medição da T no destilador Aquisição de dados
Resultados e discussões
Aquecimento de água comum
Aquecimento água comum
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
0 60 120 180 240 300 360 420 480
Tempo (min)
Tem
per
atu
ra (
ºC)
Temperatura boiler 26/05 Temperatura ar (INPE) 26/05
Temperatura boiler 30/05 Temperatura ar (INPE) 30/05
Temperatura boiler 03/06 Temperatura ar (INPE) 03/06
Radiação Solar global média (INPE)
0
200
400
600
800
1000
1200
0 60 120 180 240 300 360 420 480
Tempo (min)
Rad
iaçã
o S
olar
glo
bal
(W
/m²)
Radiação solar global 26/05 Radiação solar global 30/05
Radiação solar global 03/06
Resultados e discussões
Aquecimento de solução salobra (1000ppm de NaCl)
Radiação solar global média (18 e 19/06)
0
200
400
600
800
1000
1200
0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800
Tempo (min)
Rad
iaçã
o so
lar
glob
al (
W/m
²)
Aquecimento solução salobra (18 e 19/06)
0
10
20
30
40
50
60
70
0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 1680 1800
Tempo (min)
Tem
per
atu
ra (
ºC)
Temperatura boiler Temperatura ar
Resultados e discussões
Destilador
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)
Vazão média: 3,6mL/min
Medição de T no boiler e T do L e V no destilador23/07/08
0
20
40
60
80
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48
Hora
Tem
pera
tura
(C)
T líquido
T vapor
T boiler
Vazão de destilado de 23/07/08 (mL/min)
012345678
07:2
608
:26
09:2
610
:26
11:2
612
:26
13:2
614
:26
15:2
617
:26
Hora
Vo
lum
e d
e d
es
tila
do
(m
L)
ConclusõesConclusões
Os experimentos demonstraram que o aquecedor solar é Os experimentos demonstraram que o aquecedor solar é eficiente no aquecimento de água, tanto de água comum como de eficiente no aquecimento de água, tanto de água comum como de água salobra. Como a faixa de temperatura da destilação solar se 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 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 água entrará no destilador já aquecida, o que aumenta a produção do mesmo, e viabiliza a destilação mesmo em horas sem radiação do mesmo, e viabiliza a destilação mesmo em horas sem radiação solar; A radiação solar é a variável de maior influência em todo o solar; A radiação solar é a variável de maior influência em todo o sistema solar, pois influencia diretamente nas temperaturas do sistema solar, pois influencia diretamente nas temperaturas do mesmo; Deve-se otimizar o isolamento térmico do destilador a fim de mesmo; Deve-se otimizar o isolamento térmico do destilador a fim de “segurar” por mais tempo as altas temperaturas, bem como “segurar” por mais tempo as altas temperaturas, bem como aumentar a inclinação das canaletas para otimizar o rendimento do aumentar a inclinação das canaletas para otimizar o rendimento do destilador.destilador.
Cronograma de atividades
Julho
2008
Agosto
2008
Setembro
2008
Outubro
2008
Novembro
2008
Dezembro
2008
Revisão bibliográfica
x x x x x x
Experimentos-piloto x x x x x
Cotação de equipamentos x x
Otimização/
Desenvolvi-
mento/
compra de equipamentos
x x
Experimentos otimizados x x x
AgradecimentosAgradecimentos