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.

BANDERALI, M.;VILLAS, M. Como e porque medir a Condutividade

Elétrica (CE) com sondas muiltiparâmetros? Disponível em:

<https://www.agsolve.com.br/noticias/como-e-porque-medir-a-condutividade-eletrica-

ce-com-sondas-muiltiparametros >. Acesso em: 22 maio 2019.

BEZERRA, A. M.; Aplicações Térmicas da Energia Solar, 3ª ed., Editora

Universitária: João Pessoa, 1998.

COSTA, C.G. Destilação Solar: aplicação no tratamento de efluentes

líquidos de laboratório. 2008. 94p. Dissertação (Mestrado em Química Analítica)

Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, Universidade de Brasília – UnB,

Brasília, 2008.

DESTEFANI, A; CORREA, C. T.; BEHLING, E.E.; BAIFUS, W.C. Destilador

solar. Disponível em:

<http://www.ifcaraquari.edu.br/1/MCT/2007/saude/saude5.pdf>. Acesso em: 26 abril

2019.

DUFFIE, J. A.; BECKMAN, W.A. Solar Engineering of Thermal Processes

(inglês) 2 ed. USA: Wiley-Interscience, 1991. 919p.

ENERGIA, Ministério de Minas e Energia no Mundo. Disponível em:

<http://www.mme.gov.br/documents/10584/3580498/14+-+Energia+no+Mundo+-

+Matrizes+e+Indicadores+2017+-+anos+ref.+2015+-+16+%28PDF%29/60755215-

705a-4e76-94ee-

b27def639806;jsessionid=23A29A5505323A1DD0ED0E7D02E956E2.srv155> .

Acesso em: 29 abril 2019.

36

EPE. Empresa de Pesquisa Energética. Nota Técnica. Análise da Inserção

da Geração Solar na Matriz Elétrica Brasileira. Rio de Janeiro, Maio de 2012.

FAO WATER, “Water Scarcity,” 2019. Disponível em:

<http://www.fao.org/land-water/water/water-scarcity/en/>. Acesso em: 18 de abr. de

2019.

FEITOSA, F. A. C. Compartimentação qualitativa das águas subterrâneas

das rochas cristalinas do Nordeste oriental. UFPE, Proposta de Tese de

Doutoramento, 2009.

FERNANDES, A. S. R. Adequabilidade da energia solar para a produção

autónoma de água dessalinizada. Dissertação (Engenharia do Ambiente) - Instituto

Superior de Agronomia - Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2013.

GHONEYEM, A. Software to analyze solar stills and an experimental

study on the effects of the cover Desalination v.114, p.37-44, 1997

INPE. Atlas Brasileiro de Energia Solar. Disponível em:

<http://ftp.cptec.inpe.br/labren/publ/livros/Atlas_Brasileiro_Energia_Solar_2a_Edicao.

pdf>. Acesso em: 23 mar. 2019.

JONH, E. N. V. Tecnologia de Energia Eólica. Natal, 2015. (Apostila).

KANDPAL, T.C.; Garg, H.P. Financial evaluation of renewable energy

technologies New Delhi: Macmillan India Ltd., 2003. 394 p

LEITE, Wildson Ursulino - Destilação Solar para Fins de Dessalinização:

Aplicação de Materiais Alternativos e Tecnológicos para a Produção mais

Eficiente de Água Potável. 2019. 115 f. Dissertação de Mestrado, UFRN, Programa

de Pós-Graduação em Engenharia Química, Natal/RN, Brasil.

LIMA, Jorge Enoch Furquim Werneck. Recursos Hídricos no Brasil e no

Mundo. Disponível em: <https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/CPAC-

2010/23443/1/doc-33.pdf >. Acesso em: 10 maio 2019.

MALIK, M.A.S. et. al. Solar Distillation: a practical study of a wide range od

stills and their optimum design, construction and performance. Pergamon Press,

Oxford, United Kingdon, 1982.

PEREIRA, M. C.; Mendes, J. F.; Horta, P.; Korovessis, N.; Desalination, 2007.

37

PINA, Antonio Victor Vaz de. 2004, Dessalinização solar no abastecimento

de água para uma família no arquipélago de Cabo Verde. Monografia apresentada

ao Departamento de Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para obtenção do diploma

de Engenheiro Mecânico, Porto Alegre, RS.

PORTAL SOLAR. Com impulso de geração distribuída, energia solar no

Brasil deve crescer 44% em 2019. Disponível em:

<https://www.portalsolar.com.br/blog-solar/energia-solar/com-impulso-de-geracao-

distribuida-energia-solar-no-brasil-deve-crescer-44-em-2019.html>. Acesso em: 01

maio 2019.

RAINHO, J. M. Planeta Água, Educação. 221, v. 26, p. 48–60, 1999.

REN21, Global status report. Disponível em: <http://www.ren21.net/wp-

content/uploads/2018/06/17-8652_GSR2018_FullReport_web_final_.pdf>. acesso

em: 08 maio 2019.

SÁ, L. F.; JUCÁ, J. F. T.; MOTTA SOBRINHO, M. A. Tratamento do lixiviado

de aterro sanitário usando destilador solar. Ambi-água, Taubaté, v. 7, n. 1, p. 204-

217, 2012.

SAETTONE, E; VALENCIA-TOVAR, Y; GÓMEZ-de-la-TORRE-GASTELLO,

A. Preliminary overview and evaluation of a stepped solar distiller with internal

reflective walls and borosilicate vacuum tubes. Desalination (2017), DOI:

10.1016/j.desal.2017.03.020.

SAMME, M. A.; Mirza, U. K.; Majeed, T.; Ahmad, N.; Renewable and

Sustainable Energy Reviews, 2007, 11, 543.

SETTI. A. A. Introdução ao gerenciamento de recursos hídricos. Arnaldo

Augusto Setti et. al.. 2a. ed. Brasília: Agência Nacional de Energia Elétrica; Agência

Nacional de Águas, 2001. p. 12-31.

SINRH, conjuntura dos recursos hídricos no Brasil. Disponível em:

<http://www3.snirh.gov.br/portal/snirh/centrais-de-conteudos/conjuntura-dos-

recursos-hidricos/informe-conjuntura-2016.pdf>. acesso em: 07 maio 2019.

SOUZA JÚNIOR, C.C. Fabricação e Estudo de um Destilador Solar Com

Cobertura Móvel. 2017. 55 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em

38

Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal-RN,

2017.

TIWARI, G.N.; TIWARI, A.K. Solar Distillation Practice for Water

Desalination Systems. Anamaya Publishers. New Deli, Índia, 2008.12,19,26,27,35-

41p.

TOMAZ, P. Aproveitamento de água de chuva. São Paulo, Navegar, 2003.

21 p.

TOYAMA, S.; Murase, K; Desalination 2004, 169, 61.

UN WATER, Relatório Mundial das Nações Unidas sobre o desenvolvimento

dos Recursos Hídricos. Disponível em:

<https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000367276_por>. Acesso em: 24 de

março de 2019.

WWAP - Programa Mundial de Avaliação dos Recursos Hídricos. (2019)

Disponível em: <http://www.unesco.org/water/wwap/wwdr/wwdr2/>. Acesso em: 07

maio 2019.