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