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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ANÁLISE DO PROJETO DE UM DESTILADOR
SOLAR CASEIRO
ATHAYAS MAGALHÃES DE HOLANDA
NATAL- RN, 2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ANÁLISE DO PROJETO DE UM DESTILADOR
SOLAR CASEIRO
ATHAYAS MAGALHÃES DE HOLANDA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao curso de Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte como parte dos
requisitos para a obtenção do título de
Engenheiro Mecânico, orientado pelo
Prof. Me. Giorgio André Brito Oliveira.
NATAL - RN
2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ANÁLISE DO PROJETO DE UM DESTILADOR
SOLAR CASEIRO
ATHAYAS MAGALHÃES DE HOLANDA
Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão de Curso
Prof. Me. Giorgio André Brito Oliveira ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Orientador
Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Interno
Eng. Jaciel Cardoso de Lima ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador externo
NATAL, 26 de junho de 2019.
i
Dedicatória
Dedico esse trabalho primeiramente a Deus que me propiciou saúde,
seriedade, dedicação aos estudos e ter traçado meu caminho até aqui.
A toda minha família, principalmente meus pais, que nunca medirem esforços
para investirem na minha educação e terem me dado o suporte necessário em todas
as etapas da minha vida.
A minha namorada sarah que sempre me incentivou nos estudos e propiciou
momentos únicos na minha vida.
Ao meu amigo Matheus que tornou a minha estadia aqui em Natal mais
divertida e se tornou um amigo que espero levar para vida toda.
ii
Agradecimentos
Ao meu Orientador, Prof. Me. Giorgio André Brito Oliveira e ao meu
coorientador Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza pelos bons momentos de estudo
e por ter contribuído para minha formação profissional e pessoal.
Aos meus amigos que direta ou indiretamente, contribuíram na realização
desse trabalho.
Ao Laboratório de Máquinas Hidráulicas e Energia Solar (LMHES) da UFRN,
que possibilitou a realização desse trabalho.
iii
Holanda, A.M. Análise do projeto de um destilador solar caseiro. 2019. 38 p. Trabalho de
Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do
Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2019.
Resumo
A água é um elemento essencial para vida humana e desenvolvimento econômico, no
entanto, apenas 2,5% da água presente no planeta é doce e se apresenta desigualmente
distribuída. Com a escassez desse recurso, já vivenciado por grande parte da população
mundial, vê-se na dessalinização da água salobra e salgada uma alternativa no combate
a esse problema. Estudos de mecanismos e formas de aperfeiçoamento da dessalinização
são necessários, a fim de tornar essa alternativa economicamente viável e preferivelmente
sustentável. No presente trabalho construiu-se um mecanismo de dessalinização
conhecido como destilador solar que utiliza a irradiação solar como fonte de energia. Seu
processo é simples e baseia-se no aquecimento da água presente no tanque, através da
irradiação solar que atravessa sua cobertura, comumente de vidro, aumentando sua taxa
de evaporação, o vapor d’água se condensa em contato com o vidro que está a uma
temperatura inferior e escorre para as calhas que transportam a água destilada ao
recipiente de coleta. Quatro experimentos foram efetuados com diferentes configurações,
com o propósito de verificar a influência da profundidade da água no tanque, a refrigeração
no vidro e a quantidade de sais, no rendimento do destilador, onde observou-se uma maior
eficiência em configurações com menores profundidade de água no tanque e menores
concentrações de sais, já em relação a refrigeração do vidro houve variação pouco
significativa do rendimento. A eficiência máxima atingida pelo destilador foi 35,38% que
resultou 3,2 litros de destilado. A qualidade da água destilada também foi verificada
apresentando-se dentro dos limites requisitados de pH e condutividade, para água
considerada potável.
Palavras-chave: Destilador Solar, Irradiação Solar, Água Destilada
iv
Holanda, A.M. Analysis of the design of a homemade solar still. 2019. 38 p.
Conclusion work project (Graduate in Mechanical Engineering) - Federal University of Rio
Grande do Norte, Natal-RN, 2019.
Abstract Water is an essential element for human life and economic development, however, only
2.5% of the water present on the planet is sweet and presents unevenly distributed. With
the scarcity of this resource, already experienced by a large part of the world population,
the desalination of brackish and salt water is seen as an alternative to combat this problem.
Studies of mechanisms and ways of improving desalination are necessary in order to make
this alternative economically feasible and preferably sustainable. In the present work a
desalination mechanism known as solar distiller is used that uses the solar irradiation as
energy source. Its process is simple and is based on the heating of the water present in the
tank, through the solar irradiation that passes through its cover, usually of glass, increasing
its rate of evaporation, the water vapor condenses in contact with the glass that is the a
lower temperature and flows into the gutters that transport the distilled water to the
collection vessel. Four experiments were carried out with different configurations, with the
purpose of verifying the influence of the depth of the water in the tank, the cooling in the
glass and the quantity of salts, in the distiller yield, where a better efficiency was observed
in configurations with lower depth of water in the tank and lower concentrations of salts,
already in relation to the cooling of the glass there was little significant variation of the yield.
The maximum efficiency achieved by the distiller was 35.38% which resulted in 3.2 liters of
distillate. The quality of distilled water was also verified within the required pH and
conductivity limits, for drinking water.
Keywords: Solar Distiller, Solar Irradiation, Distilled Water
v
Lista de Ilustrações
Figura 1 - Índice de disponibilidade de água per capita (m³/pessoa/ano) _________ 5
Figura 2 - Distribuição do uso da água no Brasil e no mundo __________________ 6
Figura 3 - Percentual de municípios que decretaram SE ou ECP devido a eventos
críticos de seca, ocorridos em 2015, por UF _______________________________ 7
Figura 4 - Qualidade da água subterrânea no domínio das rochas cristalinas dos
estados do CE, RN, PB e PE. Valores de condutividade elétrica medidos in loco em
poços tubulares _____________________________________________________ 8
Figura 5 - Comparação da Matriz Energética Mundial e Brasil _________________ 9
Figura 6 - Evolução das instalações fotovoltaicas no mundo, de 2007 a 2017 ____ 10
Figura 7 - Índices de acordo com as regiões brasileiras _____________________ 11
Figura 8 - Total diário da irradiação global horizontal ________________________ 12
Figura 9 - Produção anual de energia térmica por área de coletor _____________ 13
Figura 10 - destilador solar convencional _________________________________ 15
Figura 11 - Chapas de compensado cortadas _____________________________ 23
Figura 12 – Montagem do Isopor entre as chapas de compensado _____________ 23
Figura 13 - Chapa aço-carbono pintada e soldada _________________________ 24
Figura 14 - EVA para vedação _________________________________________ 25
Figura 15 - Colagem do emborrachado na superfície superior da chapa lateral ___ 25
Figura 16 - Posicionamento das cantoneiras ______________________________ 26
Figura 17 - Papel EVA colado com silicone incolor _________________________ 26
Figura 18 - Colagem dos vidros cortados previamente ______________________ 27
Figura 19 - Destilador solar convencional ________________________________ 27
vi
Figura 20 - Termômetro digital _________________________________________ 28
Figura 21 - Termômetro digital infravermelho ______________________________ 28
Figura 22 - Variação da produção de destilado ao longo do dia _______________ 32
Figura 23 - Variação das temperaturas de ambiente, na cobertura, na água e dentro
do destilador ao longo do dia __________________________________________ 32
vii
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Disponibilidade de água (m³/hab./ano) em países com grande escassez . 4
Tabela 2 - Comparativo entre os continentes e o Brasil .............................................. 6
Tabela 3 - Faixas de condutividade elétrica ................................................................ 8
Tabela 4 - Comparativo de materiais para o tanque ................................................. 16
Tabela 5 - Matérias e Ferramental ............................................................................ 22
Tabela 6 - Resultados do pH e condutividade elétrica do destilado .......................... 30
Tabela 7 - Valores das condutividades elétricas antes e depois da destilação ......... 30
Tabela 8 - Dados dos variados experimentos ........................................................... 31
viii
Sumário
Dedicatória ...................................................................................................... i
Agradecimentos .............................................................................................. ii
Resumo ......................................................................................................... iii
Abstract ......................................................................................................... iv
Lista de Ilustrações ......................................................................................... v
Lista de Tabelas ........................................................................................... vii
Sumário…………………………………………………………………………….viii
1 Introdução .................................................................................................... 1
1.1 Objetivos Gerais .................................................................................... 3
1.2 Objetivos Específicos ............................................................................ 3
2 Revisão Bibliográfica ................................................................................... 4
2.1 Estresse hídrico .................................................................................... 4
2.1.1 Contexto brasileiro ....................................................................................... 6
2.2 Energia solar ......................................................................................... 8
2.2.1 Potencial solar no Brasil ............................................................................ 11
2.3 Destilador solar ................................................................................... 13
2.3.1 Histórico ..................................................................................................... 13
2.3.2 Destiladores solares simples ou convencionais ......................................... 14
2.3.3 Vantagens da destilação solar ................................................................... 20
2.3.4 Desvantagens da destilação solar ............................................................. 20
2.3.5 Eficiência do destilador solar ..................................................................... 20
3 Materiais e Métodos .................................................................................. 22
3.1 Processo de fabricação e montagem .................................................. 22
3.2 Procedimento Experimental ................................................................ 27
4 Resultados e Discussões .......................................................................... 30
4.1 Analise da Qualidade da Água ............................................................ 30
ix
4.2 Analise de Algumas Variáveis que Causam Efeitos no Produto Final 30
5 Conclusão .................................................................................................. 33
6 Referências ............................................................................................... 35
1
1 Introdução
A água potável é essencial aos seres humanos e ao desenvolvimento
econômico dos povos e nações. No entanto, sua escassez já é um problema
vivenciado por grande parte da população mundial, ocasionado por fatores como, o
crescimento populacional, a poluição e o uso ineficiente da água acarretando uma
crise não só na sua quantidade, mas também, na qualidade.
Apesar do nosso planeta ser constituído de mais de dois terços de água, 97%
dessa água é salgada e apenas 3% da água é doce contida em rios, lagos, águas
subterrâneas e nos polos. Desta quantidade de água doce, 70% encontra-se em
estado solido. Os 30% restantes apesar de estar em estado líquido podem apresentar
difícil acesso. Destarte, grande parte da água presente na Terra não se encontra
disponível para utilização (UN WATER, 2019).
A escassez extrema de água, própria para o consumo, em algumas regiões
leva a população consumir água com elevados níveis de contaminações químicas e
biológicas que resultam em sérios danos à saúde. Nos países desenvolvidos cerca de
3.0% das mortes registradas resultam do consumo de água de baixa qualidade (FAO
WATER, 2019).
O uso da água tem crescido globalmente mais que o dobro da taxa de
crescimento da população no último século, onde estima-se que até 2025, cerca de
que 180 milhões de pessoas vivam em países ou regiões com escassez “absoluta” de
água (<500 m³ por ano per capita), e dois terços da população mundial podem estar
sob condições de “estresse” (entre 500 e 1000 m³ por ano per capita) (FAO WATER,
2019). Existe a necessidade de encontrar novas tecnologias acessíveis e sustentáveis
a fim de corresponder a grande demanda desse recurso.
Tecnologias para dessalinização da água estão sendo cada vez mais
empregadas, apresentando-se como uma grande aliada no combate a escassez de
água doce (ARAÚJO, 2013).
Dentre as tecnologias de dessalinização a destilação solar é uma alternativa
de interessante análise, pois apresenta fonte de energia completamente gratuita e
infinita, apresenta fácil operação e não gera poluição, sendo assim uma solução eficaz
não apenas para escassez de água, como também, para os problemas ambientais e
2
energéticos enfrentados. Apresenta a forma mais simples de dessalinização no qual
utiliza-se a energia solar como fonte de energia promovendo a evaporação e
subsequentemente a condensação da água.
Levando em consideração a escassez de água evidenciada por longos
períodos de estiagem que assolam o Rio Grande do Norte e agravantes como a
tendência de os reservatórios subterrâneos presentes na região serem compostos por
água salobra ou salgada, tende-se a medidas urgentes e viáveis para combater esse
problema. A motivação desse trabalho consiste na importância de se tratar a água e
reaproveitá-la ao consumo humano, utilizando meios sustentáveis.
3
1.1 Objetivos Gerais
• Construir e dimensionar um destilador solar convencional;
• demostrar a viabilidade e eficiência desse mecanismo no tratamento de águas
salobras e salgadas.
1.2 Objetivos Específicos
• Análise das temperaturas da água, do ar dentro do destilador, do fundo do
destilador e dos vidros externos ao longo do dia;
• Análise dos valores de irradiação solar ao longo do dia;
• Análise do rendimento do destilador;
• Análise de variáveis que influenciam na eficiência do destilador;
• Análise da qualidade da água destilada.
4
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Estresse hídrico
Entende-se como estresse hídrico a situação em que a demanda de água em
determinada região é maior que a sua disponibilidade, seja por questões qualitativas
ou quantitativas, advindas de fatores naturais e(ou) socioeconômicos.
O estresse hídrico remete a tempos remotos como, por exemplo, os relatados
na bíblia onde a água já era motivo de disputas entre tribos, como relatados no tempo
de Isaac. Civilizações viveram e desapareceram por não saberem utilizar de forma
sustentável esse elemento primordial para a vida dos seres vivos. Diamond (2005)
remete a relação entre a sociedade atual e as sociedades passadas que promoveram
um colapso no abastecimento de água proveniente do uso descontrolado desse
líquido, apresentando semelhança na causa dessa exaustão.
Quadro 1 – patamares específicos de estresse hídrico
Fonte: Setti (2001)
A partir do quadro 1 observa-se que o volume per capita dos recursos hídricos
disponíveis, considerados ideais as necessidades humanas, não podem ser inferiores
a 1.700 m³/hab.ano. Paralelamente regiões com volume de água per capita abaixo de
500 m³/hab.ano são considerados em situação de escassez absoluta.
Tabela 1 - Disponibilidade de água (m³/hab./ano) em países com grande escassez
Fonte: Revista ecodebate (2012)
5
Os países citados na tabela 1 estão situados em regiões onde os índices
pluviométricos são baixíssimos e o clima apresentado é predominantemente árido.
Grande parte desses países estão situados no norte do continente africano e no
oriente médio onde por séculos enfrentam essa crise hidráulica, no qual o
racionamento de água é presenciado diariamente.
Três entre cada dez pessoas não têm acesso a água potável segura. Quase
a metade das pessoas que consome água potável de fontes desprotegidas vivem na
África Subsaariana. Seis entre cada dez pessoas não têm acesso a serviços de
saneamento gerenciados de forma segura, e uma em cada nove pratica a defecação
ao ar livre. Porém, esses números mundiais escondem as desigualdades significativas
que há entre e dentro de regiões, países, comunidades e até mesmo bairros (UN
WATER, 2019).
Figura 1 - Índice de disponibilidade de água per capita (m³/pessoa/ano)
Fonte: Un Water (2019)
A distribuição dos recursos hídricos no planeta está dividida de forma
desigual, no qual, 27% dos recursos hídricos estão presentes na América do Sul, 26%
Ásia, 17% América do Norte, 15% Europa, 9% África, 4% Oceania e apenas 2% na
América Central (LIMA,2019). Podemos observar na figura 1 outro fator que é a
grande dispersão na distribuição da água dentro do mesmo continente.
6
2.1.1 Contexto brasileiro
O brasil é privilegiado por possuir grande quantidade de água, como mostrado
na tabela 2. Estima-se que aproximadamente 12% da água doce do planeta esteja
presente nesse país. A região Norte concentra 80% desse recurso e apenas 5% da
população brasileira. Já regiões litorâneas e suas proximidades apresentam apenas
3% da água disponível, contudo, mais de 45% da população brasileira, observando-
se o grande desequilíbrio na distribuição desse recurso (ANA, 2019).
Tabela 2 - Comparativo entre os continentes e o Brasil
Continente Área
(10³ km²) População (milhões)
Disponibilidade (m³/dia/pessoa)
Europa 10.500 498 18
Ásia 43.475 3.100 13
África 30.120 648 19
América do
Norte 24.200 426 53
América do
Sul 17.800 297 108
Oceania 8.950 26 252
TOTAL 135.045 5.003 24
Brasil 8.512 160 140
Fonte: Tomaz (2003)
No Brasil 72% da água é atribuída a agricultura; 9% para uso animal; 6%
indústria e apenas 10% utilizados para fins doméstico, como mostrado na figura 2.
Na conjuntura mundial cerca de 70% é direcionada a agricultura; 22% na indústria e
8% para o uso doméstico.
Figura 2 - Distribuição do uso da água no Brasil e no mundo
Fonte: SNIRH (2019)
7
Segundo a ANA (2019), até o ano de 2025 há necessidade de investimento
de cerca de 22 bilhões de reais para garantir o abastecimento de água no território
brasileiro, onde grande parte desse investimento são atribuídas a região nordeste
(9,1 bilhões) e sudeste (7,4 bilhões). Os investimentos advindos do Sudeste
decorrem da elevada concentração urbana, já os decorrentes da região Nordeste
têm como premissas a escassez hídrica no semiárido e a baixa disponibilidade de
água em suas bacias hidrográficas.
A escassez de água no Nordeste está cada vez mais avassaladora. A seca
decorrente do ano de 2015 apresentou grande impacto nos estados Nordestinos,
principalmente o estado do Rio Grande do Norte, no qual 92% dos seus municípios
decretaram situação de emergência (SE) ou estado de calamidade pública (ECP).
Estados como Paraíba, Ceará, Pernambuco e Piauí também apresentaram grande
impacto, figura 3 (SNIRH, 2019).
Figura 3 - Percentual de municípios que decretaram SE ou ECP devido a eventos críticos de
seca, ocorridos em 2015, por UF
Fonte: SINRH (2019)
A região nordeste além de enfrentar problemas citados acima apresenta outro
fator, forte determinante na qualidade da água que é a salinidade presente nas suas
águas subterrâneas. Segundo Feitosa (2009) esse problema pode estar relacionado
com a predominância do solo cristalino nessa região.
Feitosa (2009) apresentou 18600 valores de condutividade elétrica das águas
localizadas em poços cristalinos em alguns estados Nordestinos, onde representa a
água doce (CE <=500 µS/cm), salobra (1.000 µS/cm < CE <= 2.500 µS/cm) e salgada
(CE > 2.500 µS/cm), como mostrado na Figura 4.
8
Figura 4 - Qualidade da água subterrânea no domínio das rochas cristalinas dos estados do
CE, RN, PB e PE. Valores de condutividade elétrica medidos in loco em poços tubulares
Fonte: Feitosa (2009)
Zona 1 – Predominância de Água Doce (Litoral Sudeste)
Zona 2 – Predominância de Água Salgada (Faixa Nordeste-Sudoeste)
Zona 3 – Predominância de Água Doce-Salobra (Centro-Oeste)
Zona 4 – Predominância de Água Salgada (Norte-Noroeste)
Na figura 4 observa-se a grande quantidade de poços com água imprópria
para o consumo necessitando recurso para o tratamento para dessalinização da
mesma.
Banderali (2019) mostra na Tabela 3 algumas faixas de condutividade elétrica,
mais abrangente.
Tabela 3 - Faixas de condutividade elétrica
Fonte: Banderali (2019).
2.2 Energia solar
A energia solar é a fonte de energia renovável mais abundante do mundo. “O
potencial da energia solar é tão grande que estima-se que se toda a energia solar
9
fosse aproveitada seria suficiente para gerar mais de 1800 vezes a quantidade de
energia consumida no mundo” (PORTAL SOLAR, 2019). Os sistemas de energia solar
referem-se as tecnologias que convertem o calor ou a luz do sol em outra forma de
energia.
Praticamente todas as energias são provenientes da energia solar, seja de
forma direta ou indireta. Como por exemplo a energia proveniente dos combustíveis
fosseis, a mais utilizada atualmente, no qual, suas formações geomórficas foram
resultantes da captação de fontes diretas do sol. Portanto, pode-se assegurar a
contribuição indireta da energia solar para formação do petróleo (COSTA, 2008).
Ademais, essa fonte de energia pode ser utilizada diretamente como fonte de energia
térmica, para o aquecimento de fluidos, geração de potência mecânica ou convertida
diretamente em energia elétrica quando associadas a determinados equipamentos.
O combate a problemas ambientais está sendo uma das mais importantes
pautas dos governos de todos os países. Muitos desses problemas têm ligação direta
com o uso excessivo de fontes de energias fosseis – petróleo, carvão mineral, gás
natural – oriundas da crescente demanda de energia em todo o mundo. A procura de
soluções renováveis, sustentáveis e ecologicamente corretas para esses problemas,
impulsionou a crescente utilização de energia renovável em todo o planeta, além de
ser uma alternativa para sanar a dependência mundial quase exclusiva do petróleo.
Figura 5 - Comparação da Matriz Energética Mundial e Brasil
Fonte: ENERGIA, 2019
10
A energia do sol pode ser usada a partir de células fotovoltaicas (captação da
luz para transformá-la em eletricidade) e para o aquecimento de água (captação do
calor solar).
O mercado de energia fotovoltaica, mesmo sendo uma fonte de energia
considerada cara, apresentou um crescimento extraordinário na última década e está
a caminho de se tornar uma importante fonte de energia mundial. entre o ano de 2007
e 2017 apresentou uma taxa composta anual de crescimento de 48% (REN21, 2018).
Na figura 6, observa-se o crescimento das instalações fotovoltaicas ao longo
dos anos, atingindo um marco de 402 GW, sendo adicionado 99 GW em capacidade
em apenas um ano (2016-2017). Grande ascensão da energia fotovoltaica atribui-se
a grandes potências mundiais como China, Estados Unidos, Japão e Alemanha, onde
mecanismos de incentivos propiciaram esta rápida evolução.
Figura 6 - Evolução das instalações fotovoltaicas no mundo, de 2007 a 2017
Fonte: REN21, 2018
Em contrapartida com os processos fotoquímicos, as aplicações térmicas
usam apenas o calor. Enquanto os processos fotoquímicos são realizados por fótons
de alta energia que estimulam reações químicas especificas. No quadro 2 apresenta
algumas diferenças entre essas formas de obtenção da energia solar.
11
Quadro 2 - Diferença entre processos térmicos e fotoquímicos
Fonte: Araújo, 2013
2.2.1 Potencial solar no Brasil
O Brasil apesar de ser um país tropical e com altos potenciais energéticos
solares, o uso da energia solar ainda é pouco utilizada, no qual apenas 1% da geração
nacional de energia elétrica, contudo, apresenta um grande processo de expansão
nos últimos anos (INPE, 2019).
Conforme mostrado na figura 7, a média diária de incidência solar no Brasil é
de 5.483 Wh/m² e a região sul apresenta menor irradiação (4.444 Wh/m²). Na
Alemanha, que é um dos líderes mundiais no uso da energia fotovoltaica, sua região
mais ensolarada recebe um índice de radiação solar 40% menor que a região sul do
brasil, mostrando o potencial enorme que poderia ser utilizado.
A utilização de apenas 0,03% da área do território brasileiro, para tal tecnologia, seria
suficiente para suprir a demanda de energia de todo o Brasil em 2011 (EPE,2012).
Figura 7 - Índices de acordo com as regiões brasileiras
Fonte: INPE (2019)
12
A disponibilidade e a variabilidade do recurso energético solar estão
intrinsecamente associadas às condições de tempo e clima da região. Isso ocorre
porque sistemas meteorológicos provocam alterações na nebulosidade e nas
concentrações dos gases e aerossóis, afetando os processos radiativos que atenuam
a radiação solar ao longo de seu percurso na atmosfera (INPE,2019). Outros fatores
como a latitude, dinâmica atmosférica, pluviosidade, também afetam a incidência
solar.
Observa-se na Figura 7, complementada pela Figura 8 que o Nordeste
apresenta maior incidência de radiação solar.
Figura 8 - Total diário da irradiação global horizontal
Fonte: INPE (2019)
O ano de 2019 tem uma expectativa de um crescimento de 44% na produção
de energia fotovoltaica, esse crescimento acontece, principalmente, devido aos
incentivos do governo, como, por exemplo, as linhas de financiamento concedidas por
bancos públicos e privados. Isso pode levar o País a atingir a marca de 3,3 gigawatts
(GW) da fonte em operação (PORTAL SOLAR, 2019).
Se tratando de energia solar térmica, o Brasil é o 3 maior produtor do mundo,
destacando o aquecimento de água para uso doméstico, que é a aplicação da energia
solar mais difundida atualmente e apresenta 24% do consumo de energia das
residências (INPE, 2019).
13
Do ponto de vista econômico, a viabilidade do aquecimento solar no Brasil
está fortemente associada ao custo da energia normalmente usada para o
aquecimento de água. A predominância do uso do chuveiro elétrico no Brasil faz com
que sua substituição por aquecedores solares implique diretamente na economia de
energia elétrica, cujo custo é elevado e altamente variável em função da
disponibilidade de recursos hídricos. A escassez de chuvas em determinados
períodos provoca a elevação do custo da energia elétrica e demanda a racionalização
do seu uso. Com base nesse aspecto, o aquecimento solar configura‐se como uma
das melhores alternativas para aquecimento doméstico de água, tanto do ponto de
vista econômico, como na melhoria da eficiência do uso de energia.
Figura 9 - Produção anual de energia térmica por área de coletor
Fonte: INPE (2019)
Como observa-se na figura 9, a região com maior potencial instalado é a Sul,
em contrapartida com seu aporte de incidência solar que é o menor do brasil. Isso dá-
se por questões climáticas onde essa região apresenta menores temperaturas e
consequentemente maior procura por sistemas de aquecimento de água onde o
coletor solar é uma solução viável e sustentável.
2.3 Destilador solar
2.3.1 Histórico
O primeiro destilador solar moderno foi construído em Las Salinas (Chile) em
1872, por Charles Wilson. Ele consistia de 64 tanques de água (num total de 4.459
14
m²) feitos de madeira pintada de negro com coberturas inclinadas, de vidro. Essa
instalação foi usada para suprir 20 mil litros por dia de água potável para animais que
trabalhavam nas minas. Após a abertura da região pela chegada da ferrovia, a
instalação foi sendo deteriorada até o fim de sua operação em 1912, 40 anos após
sua construção (DESTEFANI, 2019).
Conforme Destefani (2019), o início das experiências com destilação solar no
Brasil data de 1970, no Instituto Tecnológico da Aeronáutica - ITA. Já, em 1987, a
PETROBRAS inicia seu programa de dessalinização de água do mar para atender
suas plataformas marítimas, usando o processo da osmose reversa.
Outra experiência significativa foi na Universidade Federal de Pernambuco -
UFPE, em 1983, com um protótipo de destilação solar em funcionamento experimental
na sede do Instituto Tecnológico do Estado de Pernambuco - ITEP, em Recife, e no
ano seguinte, adaptado ao município de Petrolina (COSTA, 2008).
2.3.2 Destiladores solares simples ou convencionais
A destilação realizada em destilador solar do tipo tanque raso (basin type) é
um processo bastante simplificado, proveniente do processo natural por meio da
evaporação, condensação e precipitação, é reproduzido em pequena escala. Esse
equipamento, chamado de destilador solar, consiste basicamente em um tanque raso
com um tampo de vidro transparente, formando um volume estanque. A radiação solar
atravessa o vidro e aquece a água, aumentando sua taxa de evaporação. O vapor
d’água sobe, condensa em contato com o vidro (mais frio), e a água destilada escorre
até ser capturada por uma canaleta, deixando para trás os sais, outros minerais e a
maioria das impurezas, incluindo micro-organismos nocivos à saúde (MALUF, 2005).
Segundo Saettone et al. (2017), para melhor entender os processos de
destilação solar tem-se que conhecer as principais formas de transferência de calor:
a convecção, a condensação e a radiação. A relação entre estas três formas de
transferência de calor estão extremamente envolvidas, possibilitando seu transporte
pela vaporização, considerado o mais importante no destilador.
De acordo com Tiwari e Tiwari (2008), destiladores solares são encontrados
com diversas configurações, podendo ser classificados como destiladores ativos e
passivos. A diferença entre eles está na energia externa adicionada. No destilador
15
ativo, a energia do sistema é proveniente de um coletor solar ou térmico, externo ao
sistema, que permite uma variação maior de temperatura, atuando diretamente na
lâmina d’água da bandeja. No destilador passivo, a energia solar direta atua sobre o
destilador, o que inclui a destilação noturna.
Embora baratos, o emprego dos destiladores solares é pouco popular devido
a sua baixa produtividade. Muitos esforços científicos têm sido feitos a fim de melhorar
a produtividade desses equipamentos e torna-los mais populares. Nesse âmbito, as
linhas de pesquisa têm se dividido em buscar melhorias no desenho do destilador ou
empregar materiais com propriedades radiantes mais adequadas na composição da
placa absorvedora, ou ainda, melhorando as propriedades térmicas e ópticas da
salmoura a partir do desenvolvimento de nanofluidos (LEITE, 2019).
Os destiladores solares, figura 10, apresentam fácil manuseio e não
necessitam de mão-de-obra especializada para sua utilização. Para um melhor
entendimento dos destiladores solares simples descreveremos como são fabricados,
como funcionam e algumas de suas características.
Figura 10 - destilador solar convencional
Fonte: Sá (2012)
2.3.2.1 Partes e materiais
Os destiladores solares apresentam algumas variações de composição e
modelo. Mesmo com tais diferenças os destiladores devem apresentar características
fundamentais como: alta vida útil, baixo custo, não ser toxico e não possuírem material
reativo com o fluido a ser destilado, ser resistente à abrasividade e corrosividade, ter
peso e tamanho adequado para manutenção e manuseio. Esses equipamentos
16
compõem-se, comumente, por três parte principais e outras secundarias (COSTA,
2008).
Tanque
O tanque contém a água de alimentação, que será destilada. Em geral essa
base é pintada com uma tinta preta ou com um material impermeável preto, a fim de
favorecer a absorção da maior quantidade possível de radiação solar e transformá-la
em calor. O tanque deve possuir uma profundidade entre 1,5 a 2,5cm – a depender
da quantidade de efluente a ser tratada por ciclo (AL-HAYEK, 2004).
Sua superfície deverá ser lisa para facilitar a limpeza. O líquido pode ser
alimentado continuamente ou de forma intermitente, mas a quantidade de líquido na
cuba (base) deve ser mantida constante de forma a evitar perdas bruscas de
quantidade de calor (SAMME, 2007).
Cada material tem suas características que devem ser levadas em conta, e o
custo e disponibilidade local são fatores importantes. Na tabela 4 pode se ver uma
comparação das características de diversos materiais usados para destiladores
solares.
Tabela 4 - Comparativo de materiais para o tanque
Fonte: Maluf (2005)
Os tanques devem ser construídos de acordo com as necessidades do projeto
de destilação. Atualmente tem predominado a construção de destiladores com
materiais não-metálicos. Pela simplicidade e baixo custo, o concreto tem sido bastante
usado, apesar de existirem fatores como aparecimento de trincas em poucos anos de
17
utilização. De qualquer maneira, para as condições do interior do Brasil, deve ser o
concreto o material mais utilizado.
Cobertura
A cobertura é o segundo componente mais crítico do destilador, deve ser
constituída de material transparente às radiações solares, para que sejam
transmitidas pela tampa e absorvidas pela base do destilador, aumentando a
temperatura do líquido e a pressão do vapor (MALUF, 2005).
De acordo com Pereira (2007), o material da tampa deve resistir às altas
exposições ultravioletas e a pressão gerada no interior do destilador, a fim de evitar
uma expansão e destruir a vedação. Deve também resistir às constantes trocas
térmicas e às intempéries. O ideal é ter uma superfície com baixo índice de
rugosidade, a fim de evitar a formação de gotas localizadas, bem como facilitar a
formação de uma lâmina do destilado que possa fluir de forma contínua e sem
dificuldades. Outros aspectos como custo, vida útil, efetividade, resistência a altas
temperaturas e, principalmente, boa transmissão para a faixa do espectro solar na
região do ultravioleta.
Os vidros são os materiais mais utilizados por serem eficientes em vários
desses aspectos, contudo materiais plásticos laminados como polietileno de alta
densidade, polipropileno e policarbonato também podem ser utilizados. Os plásticos
apesar de apresentarem menor custo, exceto o policarbonato, apresentam aspectos
negativos como a vida útil reduzida e a formação de bolhas que funcionam com
espelhos que refletem a radiação afetando a performance do destilador. O vidro
temperado é a melhor escolha em termos de performance pela sua resistência que
pode ser até 5 vezes maior que dos vidros comuns e produção de destilado 6%
superior, além de apresentarem menor formação de bolhas, no entanto, seu custo é
cerca de 15% maior. Como o preço é um fator fundamental o vidro comum deverá ser
a melhor escolha (GHONEYEM, 1997).
Caneleta de coleta
A canaleta de coleta encontra-se nas laterais do destilador, normalmente na
base da cobertura de vidro, e tem como finalidade única, como o próprio nome induz,
a coleta do líquido destilado e seu envio para um recipiente de coleta. Sua dimensão
18
não pode ser exagerada, a fim de evitar que uma região grande do destilador seja
sombreada (MALUF, 2005).
A calha deve ser constituída de material que não interaja com as
propriedades do destilado. O material mais indicado é o aço inoxidável, apesar de seu
alto custo. O alumínio não deve ser corroído na presença de água destilada, mas é
aconselhável revesti-lo com uma cobertura de silicone, a fim de protegê-lo melhor.
Ferro galvanizado não deverá durar mais que uns poucos anos, e cobre ou latão não
devem ser usados pois podem trazer riscos à saúde. O polietileno não é indicado pois
ele gera gosto e cheiro na água. O PVC tem sido usado, mas seu uso é restrito devido
à grande exposição ao calor e à luz solar. O material deve também estar devidamente
limpo para evitar contaminação. O tamanho e volume do recipiente devem ser
definidos conforme necessidade do projeto. Deve-se possibilitar a ideal vedação do
recipiente para evitar perdas por evaporação além de contaminações. Porém, a
vedação deve ser feita com material de fácil remoção para facilitar a manutenção
(MALUF, 2005).
Outras partes
O isolamento térmico é posicionado exteriormente ao fundo do tanque e serve
para evitar a perda de calor do destilador com o ambiente. Sem o isolamento
adequado a eficiência do destilador pode diminuir cerca de 14% para tanques rasos,
mostrando a grande importância desse componente (SAMEE, 2007). Os materiais de
isolamento térmico variam bastante podendo ser utilizados madeira, poliestireno, lã
de vidro, plástico, areia, dentre outros. O custo do isolamento térmico pode chegar a
16 % do valor do destilador solar. O uso de areia na base serve para diminuir as
perdas de calor, pois ela serve como um armazenador, que acumula calor durante o
dia e o devolve para o tanque à noite, mantendo o processo de destilação mesmo
após a ausência de calor proveniente da radiação solar (MALUF, 2005).
Outra parte importante é a vedação entre a tampa e o tanque. A vedação
perfeita possibilita manter o ar quente preso dentro da estrutura, evitando a perda de
calor. Para uma melhor vedação são usados os vedantes, materiais que devem ser
resistente a abrasividade, à corrosividade do vapor formado e devem resistir a
pressões de ar quente, ser flexível a expansões térmicas e não trazerem gosto ruim a
19
água. O material mais utilizado como vedante é a borracha de silicone acético, mesmo
podendo haver uma degradação ao longo do tempo (COSTA, 2008).
Outros componentes a serem citados são as válvulas e tubulações,
responsável pelo transporte do fluido destilado. O material mais usado é o PVC, mas
também usados tubulações de inox ou ferro galvanizado (MALUF, 2005).
2.3.2.2 Construção do destilador
É aconselhável a construção de módulos pequenos, pois assim é facilitada a
operação, a manutenção, a limpeza e o transporte dos equipamentos quando
necessário. Outros aspectos importantes são a facilidade de adicionar ou subtrair os
módulos, além de necessitar de mão de obra e equipamentos menos qualificados.
Apesar de terem menor capacitância térmica produzem maior eficiência por área
(DUFFIE, 1991).
Os tamanhos mais comuns dos destiladores variam de 0.50m a 2,5m de
largura e comprimento de até cem metro, podendo atingir áreas superiores a 60m². O
maior comprimento deve ficar na direção norte-sul, para maior aproveitamento da
radiação solar. Para uso residenciais, os vidros mais utilizados variam de 0,65m a
0,90m de largura e comprimentos que variam de 1m a 3m. A profundidade da água
variando de 1,5cm a 2,5cm é a que apresenta melhor eficiência (AL-HAYEK, 2004).
Argumenta-se que tanques de grandes profundidades reservam energia na forma de
calor e usam essa energia para aumentar a produção em momentos onde não se
obtém fornecimento de calor (à noite). No entanto, Observa-se na prática que dentre
destiladores de mesma largura, mas com profundidades diferentes, o de menor
profundidade tem maior eficiência.
A distância entre o vidro e a superfície da água não deve ser maior que 5cm
ou 6cm, de modo que o destilador opere com maior eficiência. À medida que a
distância entre o vidro e a água aumenta, as perdas térmicas por convecção também
aumentam e a eficiência do destilador diminui (COSTA, 2008).
Segundo Bezerra (1998), o ângulo de inclinação da cobertura de vidro tem
influência na quantidade de radiação solar que entra no destilador. Quanto mais
ortogonal à superfície do vidro for esse ângulo de incidência, melhor. Se para ângulos
de incidência de 90º cerca de 90% da radiação é transmitida, para ângulos de 20º
20
quase nenhuma radiação direta atravessa o vidro. Mas como as latitudes brasileiras
são baixas esse problema é minimizado não sendo necessário uma inclinação muito
grande do vidro para que a água escorra por ele.
Segundo experimentos realizados na índia por kandpal (2004), as perdas
típicas em um destilador solar do tipo tanque raso são causadas pela reflexão da
radiação incidente no vidro (cerca de 10% da energia total), absorção no vidro (10%),
perdas por radiação da cobertura de vidro (3,7%), perdas por convecção do vidro
para o ambiente (12,2%), perdas por condução da base do reservatório para o solo
(16% mas com o uso de um bom isolante térmico pode cair para 5%) e outras perdas
menores devido aos vazamentos de calor (9,7%).
2.3.3 Vantagens da destilação solar
As vantagens da destilação solar excedem sobremaneira suas desvantagens:
- Baixo custo de manutenção e operação;
- Simplicidade de operação e manutenção, requerendo para sua manutenção apenas
a limpeza periódica;
- Uso de uma fonte energética não poluente, abundante e gratuita;
- Altas eficiências de remoção de sais, sempre superiores a 90 %.
2.3.4 Desvantagens da destilação solar
As desvantagens da destilação solar são poucas, sobretudo quando se
considera seus benefícios. Entretanto elas existem e estão enumeradas a seguir:
- Demanda de grandes áreas para sua instalação;
- Baixos rendimentos, o que a torna, via de regra, economicamente inviável para
implantação em grandes escalas;
- Necessidade de remoção periódica dos resíduos depositados no fundo dos
destiladores sob pena de perda de rendimento.
2.3.5 Eficiência do destilador solar
Um destilador solar cujo tanque é considerado muito raso, com lâmina de
água abaixo de 1 cm, pode ser considerado um sistema em regime estacionário.
21
Contudo, quando os destiladores têm profundidades de tanques maiores e tamanhos
maiores, fica difícil definir se o destilador solar é também um tanque em regime
estacionário.
Para efeito de simplificação de cálculo, trabalhar com regimes estacionários e
homogêneos é importante, visto que o desenvolvimento matemático é simplificado,
desde que as aproximações não sejam grosseiras.
Segundo Duffie (1991) a eficiência do destilador é definida como sendo a
relação entre o calor transferido pela evaporação e a radiação que chega no
destilador, como mostrado na Equação 1.
𝜂 =𝑞𝑒
𝐴∗𝐼 (1)
Onde:
𝑞𝑒 - Quantidade de energia devido ao processo de evaporação do líquido, em
W/m²;
𝐴 - área útil do destilador (m²);
𝐼 - Valor da radiação solar recebida durante a operação(kWh/m²);
Integrando esta equação num período (dia, mês ou ano) tem-se o
desempenho do destilador. A partir de resultados experimentais pode-se chegar na
eficiência efetiva do sistema, dada pela Equação 2.
𝜂 =𝑃∗𝜆
𝐴∗𝐼 (2)
Sendo:
𝑃 - Produção de água destilada (Kg/h);
λ - o calor latente de evaporação da água (J/kg).
22
3 Materiais e Métodos
3.1 Processo de fabricação e montagem
O destilador solar fabricado foi um protótipo de um destilador solar
convencional, predestinado ao uso doméstico como uma forma de dessalinizar a água
seja ela salobra ou salgada. Os materiais e ferramental utilizados na fabricação e
montagem estão apresentados na tabela 5.
Tabela 5 - Matérias e Ferramental
MATÉRIAIS FERRAMENTAL
Folha de compensado 17 mm Trena
Folha de poliestireno (isopor) 50 mm Martelo
Folha de aço carbono 1,5 mm Chave de fenda
Cantoneira de alumínio Arco de serra
Vidro 3 mm Pincel
Pregos Furadeira
Parafusos Cortador de vidro
Adesivo silicone incolor Broca 3 mm
Papel borracha (EVA) Rolo de espuma
Emborrachado Serra Tico Tico
Tinta cor branca
Cola adesiva
Cola branca
Tinta preto fosco
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
A primeira parte a ser construída foi o isolamento que será a base do
destilador, sendo utilizado folha de compensado para sua fabricação, com a ajuda da
serra tico-tico foram realizados corte duas chapas com dimensões de 1000 mm x 1000
mm e quatro chapas com dimensões de 170 mm x 1000 mm, que formarão o fundo e
as laterais do destilador, respectivamente, como mostrado na Figura 11.
23
Figura 11 - Chapas de compensado cortadas
Fonte: Souza Júnior (2017)
Todas as partes foram acopladas com a ajuda de pregos, sendo que na parte
do fundo do destilador primeiramente foi adicionado uma camada de isopor (EPS), em
toda sua área, juntamente com outra folha de compensado formando uma espécie de
“sanduiche”, como mostrado na figura 12, a fim de garantir um melhor isolamento
térmico entre o meio interno e externo.
Figura 12 – Montagem do Isopor entre as chapas de compensado
Fonte: Souza Júnior (2017)
O próximo passo foi o corte da chapa de aço-carbono para construção do
tanque que servirá como uma espécie de uma bandeja para o armazenamento de
água com as dimensões de 990 mm x 990 mm para ter uma folga para encaixe na
24
base de compensado do destilador e 40 mm de altura. seguidamente soldaram-se as
laterais da chapa de aço para evitar que água derrame para o compensado. Lixou-se
a superfície metálica e em seguida aplicou-se a tinta preta para maximizar o seu poder
de absorção da irradiação e para posterior encaixe do tanque na base de compensado
como mostrado na figura 13.
Figura 13 - Chapa aço-carbono pintada e soldada
Fonte: Souza Júnior (2017)
Em seguida a cantoneira de 3 metros (m) foi cortada em duas partes de 1,20
m e os 0,80 m restantes foram igualmente fracionados em quatro partes de 20
centímetros (cm). Essas partes de 20 cm servirão como espécie de “pé” para o
destilador facilitando o manuseio e ainda evitar que a superfície inferior entre em
contato com o chão, como também as deixando como barreiras para impedir o
deslocamento dos vidros, retirando pedaços de sua parte superior com o arco de
serra.
Para vedação da parte interna com o meio externo, os papeis EVA foram
colados nas superfícies laterais que serviram como encosto para cantoneira antes da
fixação da mesma como “pé” do destilador como mostrado na figura 14;
posteriormente adicionaram-se dois parafusos para fixação dela.
25
Figura 14 - EVA para vedação
Fonte: Souza Júnior (2017)
Posteriormente inseriu-se cola adesiva em cada espessura de chapa lateral
do destilador para colagem do emborrachado de 10 mm (Ver figura 15); esse serve
para vedação da base com a parte superior dos vidros do destilador.
Figura 15 - Colagem do emborrachado na superfície superior da chapa lateral
Fonte: Souza Júnior (2017)
Em seguida, abriu-se dois furos, nas partes laterais, para o acoplamento das
caneletas de coleta que serão compostas por cantoneiras de 110 cm e seguidamente
foi realizada a montagem de caneletas de 99 cm na parte frontal e traseira do interior
do destilador responsável pela captura do destilado que escorre pelo lado não
inclinado do vidro, onde se ligam as caneletas laterais demostrado na figura 16.
26
Figura 16 - Posicionamento das cantoneiras
Fonte: Souza Júnior (2017)
O próximo passo foi a colagem do papel EVA nas laterais internas (figura 17),
evitando que a água entre em contato com o compensado ocasionando uma
degradação que afete a vida útil do destilador, como também servir de isolante
térmico.
Figura 17 - Papel EVA colado com silicone incolor
Fonte: Souza Júnior (2017)
Para a construção da cobertura cortou-se os vidros de 3 mm de espessura
em dois pedaços com dimensões de 1020 mm x 536 mm; dois pedaços em formato
triangular com base de 1020 mm e altura de 166 mm, fixando um ângulo de 18° para
facilitar o escorrimento da água destilada; quatro pedaços de vidro com dimensões de
10 mm x 1020 mm com dois pedaços colados sobrepostos em cada lado do vidro
27
inclinado para servir como espécie de “pingador” na canaleta e em seguida as partes
foram coladas utilizando uma bisnaga de silicone incolor, figura 18.
Figura 18 - Colagem dos vidros cortados previamente
Fonte: Souza Júnior (2017)
O último passo foi a pintura das laterais externas, apenas por motivos
estéticos. Com todas as etapas realizadas, o destilador solar foi montado, como
mostrado na Figura 19.
Figura 19 - Destilador solar convencional
Fonte: Souza Júnior (2017)
3.2 Procedimento Experimental
Os experimentos foram realizados nas proximidades do Laboratório de
Máquinas Hidráulicas e Energia Solar (LMHES) da UFRN. Foram realizados testes
em 4 dias distintos em um período compreendido entre as 9 horas e 16 horas, no qual
tinha-se como objetivo coletar dados utilizando diferentes profundidade da bacia e
28
concentração de sais da água a ser destilada, o efeito produzido com o resfriamento
do vidro e a qualidade da água destilada.
Com o sistema devidamente montado, foi adicionada água e posteriormente
realizadas medições, em tempos intervalados de uma hora, da temperatura ambiente,
temperatura do vidro, temperatura da água, temperatura do interior e a temperatura
do fundo do destilador, com o auxílio de termopares acoplados a um termômetro digital
e um termômetro digital infravermelho com mira laser como mostrado nas figuras 20
e 21. Conforme a temperatura no interior do destilador aumenta começa a ocorrer a
evaporação da água, que ao colidir com a cobertura de vidro se condensa e escorre
até as extremidades, sendo coletadas pelas canaletas e armazenadas nos recipientes
de coleta.
Figura 20 - Termômetro digital
Fonte: Peg (2019)
Figura 21 - Termômetro digital infravermelho
Fonte: Peg (2019)
29
Transportou-se o destilador para um lugar sem a presença de zonas de
sombra, para maximizar o poder de absorção da irradiação solar. Verificou-se os
valores de irradiação através dos dados da central meteorológica, presente no
LMHES.
Os dois primeiros experimentos foram realizados com água salobra, cedida
pelo LMHES, enquanto os outros dois foram realizados com a água encanada
presente na UFRN. No experimento 2 houve o resfriamento do vidro, sendo o mesmo
resfriado com água a cada 30 minutos durante todo o período de experimento.
. Nos experimentos 1 e 2 foram realizados testes em relação a qualidade da
água. Os testes basearam-se em duas das principais características da qualidade da
água potável que são o pH e a condutividade elétrica. As avaliações foram realizadas
no laboratório de química da UFRN onde utilizou-se um medidor multiparâmetro para
realização de tais medidas.
Os dados dos diferentes experimentos foram devidamente registrados e
utilizados para obter alguns resultados que serão apresentados posteriormente.
30
4 Resultados e Discussões
4.1 Análise da Qualidade da Água
Os dados da condutividade elétrica e do pH obtidos da água destilada oriunda
dos dois primeiros experimentos, estão exibidos na Tabela 6. Analisando os dados
adquiridos, nessa parte do experimento, observa-se que os valores do pH das
amostras então dentro do recomendável para o consumo humano que de acordo com
a Portaria 2914 do ministério da saúde, compreendem valores na faixa de 6 a 9,5. A
condutividade térmica das amostras também obtiveram valores dentro do permissível
(0-800 µS) que é a faixa compreendida para a água considerada doce.
Tabela 6 - Resultados do pH e condutividade elétrica do destilado
Experimento pH condutividade
(𝝁𝑺)
1 6,8 18,60
2 6,8 19,00
Fonte: Elaborada pelo próprio autor (2019)
Dados da água salobra usada nos experimentos também tiveram seus dados
recolhidos. A condutividade da água pré-processada no experimento 1 e 2
apresentaram o valor de 4300 µS, enquanto depois da destilação obtiveram uma
condutividade de 18,60 µS e 19,00 µS, respectivamente, retratando uma redução de
quase 100% dos sais, mostrando a eficiência do projeto para a dessalinização, tabela
7.
Tabela 7 - Valores das condutividades elétricas antes e depois da destilação
Experimento Condutividade antes
(𝝁𝑺)
Condutividade depois
(𝝁𝑺)
Eficiência
(%)
1 4300 18,60 99,57
2 4300 19,00 99,56
Fonte: Elaborada pelo próprio autor (2019)
4.2 Análise de Algumas Variáveis que Causam Efeitos no Produto Final
A análise das variáveis que causam efeitos no produto final foi realizada a
partir da observação dos dados obtidos na Tabela 8, onde pode-se observar fatores
como a salinidade, quantidade de líquido introduzidos na bacia, radiação solar
31
incidente, quantidade de destilado e a eficiência resultante com a variação desses
parâmetros.
Tabela 8 - Dados dos variados experimentos
Experimento Tipo de água Bacia
(L)
Radiação
(W/m²)
Destilado
(L)
Eficiência
(%)
1 salobra 6 645 2,4 33,32
2 salobra 6 765 2,9 33,94
3 doce 6 810 3,2 35,38
4 doce 20 680 2,2 28,97
Fonte: Elaborada pelo próprio autor (2019)
Os valores dos rendimentos foram calculados a partir da equação 2 onde
foram adotadas os seguintes parâmetros: P - valor médio diário coletado, como eram
7 horas ensaio o valor será dividido por 7, 𝜆 = 539Kcal/kg, a área da projeção do
tanque foi considerada 1m² , a radiação global media foi obtida pelos dados provindos
da central meteorológica do LMHS e dispostos na tabela 8. Fazendo as devidas
substituições e conversões encontraremos ɳ.
Examinando os dados da Tabela 8 observa-se que os maiores valores de
destilado foram obtidos para menores valores de volume de água na bacia, em
concordância com Al-Hayek (2004), pois quanto menor a quantidade de água no
equipamento maior a facilidade em aquecê-la até que haja a evaporação.
Outro fator que apresenta variação é a salinidade, sendo que menores valores
de salinidade contribuem para maior produção de destilado, no entanto esse
parâmetro não tem uma influência tão grande como a primeiro fator citado.
Em relação aos dados do experimento com resfriamento no vidro obteve-se
uma melhora pouco considerável no rendimento se comparando com o experimento
1 que apresenta o mesmo volume da bacia e salinidade, mas não apresenta
resfriamento.
Vale ressaltar que as condições climáticas têm grande influência sobre os
testes, visto que a radiação solar incidente tem grande significância no processo, pois
é a única fonte de calor.
32
A maior eficiência do destilador foi apresentada no experimento 3,
reafirmando a influência dos parâmetros citados acima, resultando uma eficiência de
35,38%.
A variação da quantidade de destilado ao longo do dia foi aplicada no
experimento 3 como mostrado na figura 22. Observa-se que as maiores quantidades
de destilado, por hora, coincidem com os horários de maior radiação solar.
Figura 22 - Variação da produção de destilado ao longo do dia
Fonte: Elaborada pelo próprio autor (2019)
O experimento 3 também foi utilizado a fim de demonstrar o perfil de variação
das temperaturas ambiente, da cobertura, do ambiente interno do destilador, da água
e do fundo do destilador, figura 23. Pode-se verificar que o valor da temperatura no
fundo do destilador esteve muito próximo da temperatura ambiente, comprovando
assim a eficiência da madeira e isopor como isolantes térmicos.
Figura 23 - Variação das temperaturas de ambiente, na cobertura, na água e dentro do
destilador ao longo do dia
Fonte: Elaborada pelo próprio autor (2019)
0
100
200
300
400
500
600
700
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
De
stila
do
(m
l)
Horário
PRODUTIVIDADE DO DESTILADOR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Tem
pe
ratu
ras
(°C
)
Horário
Temperaturas experimento 3
Tágua
Tinter
Tfundo
Tcobert.
Tamb
33
5 Conclusão
A cidade de Natal apresenta alta incidência solar, fator fundamental para o
desenvolvimento de um destilador solar nesta região. O destilador solar apresentou
viabilidade para construção uma vez que à quantidade de água destilada máxima ao
final do dia foi aproximadamente 3,2 litros. Com a cobertura móvel, a parte superior
de vidro pode ser retirada da base do destilador. Houve uma facilidade no transporte
do destilador, como também da limpeza do reservatório, canaletas e dos vidros,
evitando a proliferação de bactérias e sem dificuldades na remontagem.
Dentre os quatro experimentos realizados, o máximo rendimento obtido foi
para o experimento 3, tendo esse 35,38% de eficiência na produção de destilado, sob
as condições de menor nível de profundidade de bacia e menor concentração de sais,
verificando a ligação direta desses fatores com a eficiência do destilador. É válido
ressaltar que a eficiência máxima estimada para o destilador solar construído é de
aproximadamente 60% considerando as perdas sofridas pela radiação solar medida
na atmosfera e realmente incidente ao destilador (MALUF, 2005).
O resfriamento no vidro obteve uma melhora pouco significativa na sua
eficiência, comparando-se com o experimento que apresenta o mesmo volume da
bacia e salinidade, mas não apresenta resfriamento.
Verificou-se que as temperaturas no fundo da base do destilador durante o
dia de medição não alteraram significativamente mostrando-se o isopor, com 50 mm
de espessura, juntamente com a madeira um ótimo isolante térmico, apresentando
temperatura próxima e até mesmo abaixo da temperatura ambiente.
Observou-se que durante os horários de 11:00 às 13:00 horas foram
produzidos maior quantidade de destilado, devido às temperaturas serem maiores
nesse horário juntamente com os valores de irradiação solar, provando que nesses
horários a incidência solar do destilador é aumentada significativamente pois é
verificado um maior fluxo de massa de água destilada diferentemente nos primeiros e
últimos horários no percurso de medição.
Os resultados da análise de qualidade da água obtidos se enquadram na
especificação de água de rio doce, de acordo com as análises de pH e condutividade
34
realizadas. Porém, são necessários testes mais rigorosos para defini-la como
apropriada para consumo humano.
A eficiência do destilador em relação a retirada de sais é altíssima,
apresentando no presente trabalho uma eficiência máxima de 99,57% em relação a
condutividade térmica, considerando os valores registrados antes e depois do
processo.
Através dos resultados obtidos com este trabalho e os estudos realizados para
tal, são propostos para trabalhos futuros: a realização de mais testes para avaliar a
potabilidade da água destilada, a construção de um ambiente controlado, com uma
fonte de radiação artificial, para realizar a avaliação de outros parâmetros sobre a
produção de um destilador solar, como a velocidade do vento e radiação solar.
35
6 Referências
AL-HAYEK, I.; BADRAN, O. O. The effect of using different designs of solar
stills on water distillation. Desalination v.169, p.121-127, 2004.
ANA, Quantidade de água. Disponível em:
<http://www3.ana.gov.br/portal/ANA/panorama-das-aguas/quantidade-da-agua>.
Acesso em: 27 abril 2019.
ARAUJO, A. C., “Contribuição para o estudo da
viabilidade/sustentabilidade da dessalinização enquanto técnica de tratamento
de água,” Universidade Nova de Lisboa, 2013.
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