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UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES URI – CAMPUS DE ERECHIM

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

CURSO DE LICENCIATURA EM MATEMÁTICA

Michele Ziolkoski

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE DESTILADORES VISANDO A

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA E ENERGIA

ERECHIM - RS 2010

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Michele Ziolkoski

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE DESTILADORES VISANDO A

REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA E ENERGIA

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Matemática, do Departamento de Ciências Exatas e da Terra, da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI – Campus de Erechim. Orientador Prof. Cláudio Zakrzevski

ERECHIM - RS 2010

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AGRADECIMENTOS

Agradeço a minha mãe Wilmira Colussi Ziolkoski, pela vida e pela

compreensão nos momento em que não pude estar presente, ao meu marido Adelar

Miguel Pereto que sempre me apoiou e incentivou.

Agradeço Deus que sempre esteve ao meu lado, dando forças para superar

os obstáculos.

Aos professores, em especial ao meu orientador Claúdio Zakrzevski, registro

aqui meus agradecimentos que além da orientação proporcionada, foi amigo

repassando seus conhecimentos com muita humildade, o que para mim representa

uma característica das pessoas realmente sábias.

Aos amigos e colegas e em especial a Camila Calderolli, minha colega,

sobrinha e companheira de toda esta trajetória.

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RESUMO

O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de destiladores, buscando a

melhor condição de vazão, visando a redução do consumo de água e energia. O

trabalho experimental foi realizado a partir da maior vazão de água de resfriamento

normalmente utilizada e após esta foi reduzida gradativamente. Posteriormente

foram analisados os resultados obtidos, e estes mostraram que em relação a

quantidade de água para resfriamento, se utilizarmos a menor condição de vazão

teremos uma redução de aproximadamente 64% no consumo de água sem afetar a

produção de água destilada. Já no que se refere a economia de energia este valor

pode ser reduzido em aproximadamente 13%.

Palavras-chave: Destilação. Água. Energia.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Destilador de Bancada............................................................................ 9

Figura 2 - Aspecto dos resíduos depositados na câmara de destilação................. 10

Figura 3 - Destilador de Parede............................................................................... 11

Figura 4 – Gráfica da variação da temperatura em função do calor fornecido para

a água.................................................................................................... 13

Figura 5 – Distribuição da Água no Planeta............................................................ 15

Figura 6 – Destilador de água do tipo Pilsem utilizado no experimento................... 19

Figura 7 – Quantidade de água para resfriamento (litros) para produção de 1 litro

de água destilada................................................................................... 21

Figura 8 – Consumo diário de água para resfriamento na URI – Campus de

Erechim.................................................................................................. 22

Figura 9 – Comparativo entre as duas modalidades de perda de calor em

destiladores ........................................................................................ 24

Figura 10 – Energia elétrica (kcal) necessária para produzi r 1 litro de água

Destilada.............................................................................................. 25

Figura 11 – Diferença entre o maior e o menor consumo de energia elétrica....... 26

5

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Consumo de água para o processo de destilação...........................20

Tabela 2 – Diferença entre a energia de entrada e saída do equipamento.....24

Tabela 3 – Custo de energia elétrica nos diferentes experimentos...................25

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO...................................................................................................... 07

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................. 08

2.1 PROCESSO DE DESTILAÇÃO: ALGUMAS DEFINIÇÕES.............................. 08

2.2 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE.......................................................... 11

2.3 CURVA DE AQUECIMENTO............................................................................ 12

2.4 POTÊNCIA E ENERGIA ELÉTRICA................................................................... 13

2.5 ÁGUA NO MEIO AMBIENTE ............................................................................. 14

2.6 ÁGUA COMO RECURSO FINITO..................................................................... 16

3 MATERIAIS E MÉTODOS.................................................................................... 17

3.1 AVALIAÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA NECESSÁRIA PARA O PROCESSO

DE DESTILAÇÃO.................................................................................................... 19

3.2 AVALIAÇÃO DO BALANÇO ENERGÉTICO...................................................... 22

4 CONCLUSÕES..................................................................................................... 27

REFERÊNCIAS........................................................................................................ 28

7

1 INTRODUÇÃO

Atualmente tornou-se comum a preocupação com o desperdício de água

potável. Ao contrário do que ocorria no passado, hoje todos os seres humanos têm

consciência de que a água potável é um bem finito e indispensável à sobrevivência

da espécie humana.

Considerando que o consumo de água no processo de destilação é elevado, e

nele somente pode ser utilizada água potável, é de fundamental importância que se

busque a melhor condição para que o mesmo ocorra com menor consumo de água

possível. Com isso, estaremos ajudando a preservar este recurso precioso.

A presente pesquisa tem como objetivo investigar qual a vazão ideal de água

potável de resfriamento a ser adotada no processo de destilação de água para

utilização em laboratório a fim de proporcionar economia desse recurso e quantificar

seu valor no que se refere ao volume e ao custo monetário, quando se utiliza a

melhor condição de vazão.

Este trabalho é composto por uma revisão bibliográfica que aborda temas

relacionados com o assunto da pesquisa, após são apresentados os procedimentos

e materiais que utilizados no experimento, juntamente com os respectivos resultados

obtidos, levaram às conclusões que finalizam este relato.

8

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 PROCESSO DE DESTILAÇÃO: ALGUMAS DEFINIÇÕES

Na natureza, grande parte das amostras de matéria é constituída por duas ou

mais substâncias puras, as quais se dividem em simples e compostas. A água pode

ser considerada uma substância pura composta. Pura quando apresenta em sua

composição 11,1% de hidrogênio e 88,9% de oxigênio em peso, ponto de fusão 0° C

(1atm), ponto de ebulição 100° C (1atm) e densidade de 1g/ml (4° C) e outras

propriedades com valores constantes. Composta, pois, resulta da ligação entre dois

átomos de hidrogênio e um de oxigênio H2O (CARVALHO, 2001).

O que difere uma substância pura simples de uma substância pura composta

é que a composta pode ser decomposta ou dividida por agentes físicos em diversas

substâncias puras simples, portanto, a substância pura simples é formada por um

único elemento químico e a composta é formada por dois ou mais elementos

químicos diferentes.

O autor ainda refere que um material formado por duas ou mais substâncias

puras simples, mas que em sua composição as propriedades como a densidade, o

ponto de fusão e o ponto de ebulição sejam variáveis é denominado mistura, e as

substâncias puras que a compõe são chamadas componentes da mistura.

As misturas podem ser homogêneas, quando se constituem de uma única

fase, sendo impossível distinguir superfícies de separação de seus componentes.

Toda solução é definida como mistura homogênea. Se a mistura for constituída por

duas ou mais fases, será denominada mistura heterogênea.

8

Para Carvalho (2001), a substância pura, durante a mudança de fase mantém

a temperatura constante do início ao fim do processo, o que não ocorre com as

misturas, nas quais a temperatura é variável.

A destilação é o processo pelo qual ocorre a separação dos componentes de

uma mistura líquida. Esta operação consiste no aquecimento desta mistura fazendo

com que passe da fase líquida à fase de vapor, denominado vaporização.

Posteriormente estes vapores retornam a fase líquida por resfriamento, a qual

chamamos de condensação (REY, 1970).

A figura 1 mostra um destilador simples de bancada com seus componentes

indicados.

Fonte: www.sobiologia.com.br/conteudos/Agua/Agua6.php

Figura 1 – Destilador de Bancada

Para obtermos um maior nível de pureza, deve-se refazer o processo, ou

seja, uma nova destilação que recebe o nome de retificação, o equipamento

1-Balão de Destilação 4-Condensador

2-Fonte de calor 5-Coleta do destilado

3-Termômetro.

9

utilizado para o processo de retificação é o bidestilador, mas na ausência deste

pode-se repetir o processo no destilador simples.

O produto obtido após a destilação é mais puro do que o inicial, porém, o

percentual de pureza nunca atinge 100 %. A figura 2 mostra os resíduos

(normalmente sais como carbonatos e sulfatos) que ficam depositados na câmara de

destilação.

Figura 2 - Aspecto dos resíduos depositados na câmara de destilação de um destilador.

As indústrias químicas e petrolíferas fazem uso do processo de destilação

para separação de líquidos de seus constituintes (COULSON, 1968, p. 351). A água

destilada é muito utilizada em hospitais, clínicas para a diluição de medicamentos

como a penicilina que é liofilizada e para sua aplicação é necessário ser diluída, e

também em medicações administradas em crianças.

Os destiladores utilizados para a obtenção de água destilada para processo

de análises e reações químicas diferenciam-se dos destiladores de bancada com

10

relação à sua estrutura, porém funcionam conforme os princípios indicados acima.

Seu aspecto é mostrado na figura 3.

Fonte: www.biovera.com.br/equipamentos.asp

Figura 3 – Destilador de parede

2.2 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE

Halliday (2002, p.147) diz que “calor é a energia que é transferida entre um

sistema e o seu ambiente devido a uma diferença de temperatura que existe entre

eles”.

A destilação ocorre quando há transferência de calor para uma substância

líquida, calor esse chamado de calor latente de ebulição. Entretanto, antes de

ocorrer a ebulição o calor cedido para o líquido é conhecido por calor sensível e

eleva a temperatura do líquido até a temperatura do ponto de ebulição.

O vapor produzido pela ebulição é posteriormente condensado quando este

entra em contato com uma superfície fria, geralmente resfriada com água, e retorna

a fase líquida com uma grande redução dos seus contaminantes que ficam retidos

na câmara de ebulição.

A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo faz alterar a

sua temperatura. Esta variação de temperatura vai depender da massa da

11

substância e do seu calor específico, sendo este, a quantidade de calor que se deve

fornecer ou retirar de uma massa unitária de determinada substância para variar a

sua temperatura em 1°C.

A quantidade de calor sensível é definida pela equação (01):

Q=m.c.∆T (01)

sendo m= massa (g), c= calor específico (cal/g°C) e ∆T= variação de

temperatura (°C). O calor específico da água na fase líquida e na fase gasosa

equivale a 1 cal/g°C e na fase sólida é de 0,5 cal/g°C (SEARS; ZEMANSKI; YOUNG,

1984).

O calor latente é a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo que

irá provocar a sua mudança de fase. A quantidade de calor trocado (absorvido ou

cedido), vai depender da massa e do calor latente da substância. Os valores de

calor latente da água em diferentes processos são: calor latente de vaporização da

água é de 540 cal/g, de condensação da água é de -540 cal/g, de fusão do gelo 80

cal/g e de solidificação da água é de -80 cal/g. O calor latente é definido pela

equação (02):

Q=m.L (02)

onde m= massa (g) e L= calor latente (cal/g).

2.3 CURVA DE AQUECIMENTO

É uma representação gráfica do comportamento da água nos diferentes

estados físicos, conforme varia a temperatura (Figura 4). No exemplo utilizado, num

primeiro momento que corresponde ao início da curva, ocorre uma alteração na

temperatura do gelo de -10°C para 0°C. Quando o gelo atinge 0°C a temperatura

permanece constante até que todo o gelo tenha se transformado em líquido, ocorre

mudança de fase, ou seja, da fase sólida a substância passa para a fase líquida.

Entre 0°C e 100°C não há mudança de fase, somente aumento da temperatura e em

12

100°C ocorre novamente uma mudança de fase passando a água da fase líquida

para a fase de vapor. (SERWAY, 1996).

Figura 4: Gráfico da variação da temperatura em função do calor fornecido para a água.

2.4 POTÊNCIA E ENERGIA ELÉTRICA

Potência é o trabalho realizado por unidade de tempo. Sua unidade de

medida no SI (sistema internacional) é o Watt (W) e indica a quantidade de energia

em joules (J) transformada num aparelho em cada segundo de funcionamento.

Utiliza-se ainda o cavalo-vapor (HP) que equivale a 746 W (TIPLER,2000).

Em sistemas elétricos a potência é analisada segundo parâmetros que

incluem corrente e tensão elétrica, sendo assim podemos calcular a potência pela

equação (03), onde i é a intensidade de corrente elétrica do circuito e a sua unidade

de medida é o ampères (A). U é a diferença de potencial (ddp) entre dois pontos A e

B e sua unidade de medida é o Volt (V). Desta forma a potência P representa a taxa

a que a energia é fornecida para um elemento de um circuito ou circuito completo.

(SERWAY, 2006).

P = U.i (03)

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

T(°C)

Q(cal)

13

Energia é a capacidade que apresenta um sistema material e que poderá

transformar-se em trabalho mecânico produzido por uma força. Um princípio de

importância transcendental na Ciência é o de que a conservação de energia

existente no Universo é constante, isto é, não se pode criar nem destruir energia,

mas somente transformar uma forma de energia em outra.

A Energia elétrica pode ser calculada pela equação (04) e a unidade de

medida utilizada pelas companhias elétricas para calcular a transferência de energia

é o quilowatts/hora (kWh) que é a quantidade de energia trocada no intervalo de

tempo de 1 hora à taxa constante de 1 kW ou 3,6 x106 J (SERWAY, 2006).

Eel = P.∆t (04)

2.5 ÁGUA NO MEIO AMBIENTE

O planeta terra é formado de aproximadamente 75% de água, mas desta

quantidade a maior parte é água salgada imprópria para o consumo. A água é

abundante na natureza não só em sua fase líquida, mas também em sua fase sólida

e de vapor, presente nas geleiras e na atmosfera. O Brasil dispõe de cerca de 20%

da água doce do mundo, apesar desta aparente fartura, em algumas regiões do

território existe problemas ocasionados pela falta de água, isso se deve a poluição

dos rios e a distância entre as fontes e os centros consumidores. A Amazônia é um

exemplo clássico desta disparidade, pois possui 80% da água superficial do

território, enquanto que apresenta uma baixa concentração populacional(JUSVI,

2008)

A figura 5 nos apresenta a distribuição da água em nosso planeta, bem como

o uso da mesma pela humanidade.

14

Figura 5 – Distribuição da Água no Planeta. Adaptado de Almanaque Abril 2010

Em seu estado natural a água não é completamente pura, devido a sua

passagem pelo solo ou pela atmosfera. Nos centros urbanos a água que provém de

lagos ou rios é tratada pelo processo de decantação, filtração e cloração para ser

distribuída.

15

2.6 ÁGUA COMO RECURSO FINITO

A água indispensável à vida simboliza a fecundidade e tem sido ao longo da

história objeto cobiça e conflitos. A abundância ou escassez de água foi

determinante no processo de desenvolvimento das civilizações. No momento atual,

apesar de todos os avanços tecnológicos, o mundo enfrenta enormes problemas em

razão do esgotamento das reservas de água (SÁNCHEZ, 2001).

Entre os recursos naturais, a água é o elemento mais importante para a

subsistência das espécies, que dependem da sua disponibilidade para satisfazer as

suas necessidades. Quase todos os aspectos da vida do homem giram em torno

desta, razão pela qual os povos se desenvolveram, ao longo da história, nas

proximidades de fontes de água. Basta recordar como a origem da agricultura se

deu nas margens dos grandes rios que definiram o território do Crescente Fértil:

Nilo, Tigre, Eufrates, etc (CAPELA, SILVA, CARDOSO, 2002).

Segundo a ONU (Organização das Nações Unidas), em 20 anos faltará água

para dois terços da população. Essa escassez se deve ao consumo desordenado.

Dados revelam que o consumo de água dobrou em relação ao crescimento

populacional no último século. Com isso, aproximadamente 1 bilhão de habitantes

não terá acesso a água limpa suficiente para suprir necessidades básicas

(DEMOCRACIABERTA, 2009).

A falta de água tende a aumentar, provocando um forte impacto ambiental, o

que acarretará na escassez de alimentos, tornando-os mais caros e menos

acessíveis, principalmente para as populações de baixa renda.

O aquecimento global também é um fator que influencia na constante

preocupação com a água. Cientistas prevêem uma maior ocorrência de secas, e

surgimento de novos desertos.

16

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para realização deste trabalho, buscou-se embasamento teórico a respeito do

processo de destilação, calor sensível e calor latente, curva de aquecimento da

água, potência e energia elétrica. A verificação experimental da vazão ideal de água

potável utilizada no processo de destilação foi desenvolvida com práticas simples de

medições, através de equipamentos adequados a este fim, descritos a seguir.

Proveta graduada de 1000 ml,

Cronômetro;

Mangueiras plásticas;

Reservatórios (2 frascos de 5000 ml cada);

Termômetro digital;

Destilador tipo Pilsen com capacidade de 5 litros/hora;

Água potável

Multímetro

Alicate amperométrica

Na execução do experimento, primeiramente foi feita a medição e marcação

do nível correspondente a 5000 ml nos reservatórios (2 unidades) que serviram

como parâmetro para a determinação da quantidade de água de resfriamento

utilizada nos testes. Para estabelecer este nível de referência, foi empregada uma

proveta de 1000 ml para encher os reservatórios até a marca de 5 litros.

A fim de obter a curva de consumo de água de resfriamento, estipularam-se

sete valores de vazão de água de resfriamento medindo-se, antes de cada repetição

17

do experimento, o tempo necessário para encher uma proveta de 1000 ml. Tomou-

se como ponto de partida a vazão máxima e estabeleceu-se que haveria a redução

gradativa da vazão de cada repetição. Para isso foi aumentado o valor do tempo

necessário para encher a proveta de 5 em 5 segundos afim de que a vazão da água

diminuísse progressivamente.

Os valores medidos foram de 3,33 l/min; 2,99 l/min; 2,67 l/min; 1,85 l/min;

1,50 l/min; 1,37 l/min; 1,29 l/min.

Após estabelecer a vazão como descrito nos parágrafos anteriores,

cronometrou-se o tempo de enchimento de uma proveta de 1000 ml com água

destilada, e simultaneamente, utilizando-se dos frascos com volume predeterminado

de 5000 ml, mediu-se a quantidade de água de resfriamento necessária para esse

processo. Essas medições foram repetidas sete vezes, uma para cada valor de

vazão estipulada de água de resfriamento.

Além disso, com a utilização de um termômetro digital foi medida a

temperatura da água na entrada (torneira) e na saída do processo para avaliar a

perda de calor através da água descartada. Também foi medida a intensidade de

corrente elétrica e a tensão fornecida ao destilador para o cálculo de potência

elétrica necessária para o processo e determinação de seu rendimento energético.

Neste experimento foi utilizado o destilador da Central de Materiais do prédio

9 (Figura 6), o qual apresenta as seguintes características:

Destilador de água tipo Pilsen

Marca: Biomatic

Capacidade: 5 litros/hora

Corrente nominal: 18 A

Tensão nominal: 220 V

Pureza da água obtida: < 4 μSiemens

18

Figura 6: Destilador de água do tipo Pilsen utilizado no experimento.

Os dados referentes às medições de cada experimento foram registrados na

tabela 1.

3.1 AVALIAÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA NECESSÁRIA PARAO PROCESSO DE

DESTILAÇÃO

Para o processo de destilação, a água necessária que dá entrada no

equipamento oriunda da rede de distribuição é dividida em duas partes: a utilizada

como produto final do processo (água destilada) e a água utilizada no processo de

resfriamento do vapor afim de que este se transforme em água destilada.

A ebulição da água ocorre devido a energia térmica fornecida pela resistência

elétrica na forma de calor latente a uma proporção de 540 cal/g de água evaporada.

19

Após a ebulição, o vapor deve ser novamente convertido em água no estado líquido

o que exige a retirada da mesma quantidade de calor (540 cal/g por grama de vapor

condensado) que é feito pela água de resfriamento. Esse calor é posteriormente

descartado juntamente com a água.

Tabela 1: Consumo de água para o processo de destilação

Experim. Água Utilizada para

Resfriamento (litros)

Tempo Para Destilar 1 litro

de Água (minutos)

Consumo de Água

(litros/minuto)

Consumo Diário Médio de Água

para Resfriamento (litros)

Consumo Mensal Médio de Água para

Resfriamento (litros)

1 43,57 13,08 3,33 1524,95 33548,90

2 40,00 13,34 2,99 1400,00 30800,00

3 35,11 13,13 2,67 1229,02 27038,55

4 22,89 12,40 1,85 801,15 17625,30

5 17,44 11,59 1,50 610,33 13427,26

6 16,76 12,22 1,37 586,77 12909,05

7 15,88 12,28 1,29 555,76 12226,83

Através destes experimentos pode-se constatar uma grande diferença na

quantidade de água para resfriamento utilizada entre o 1º e no 7º experimento. No

experimento 7 para produzirmos 1 litro de água destilada foi utilizado 27,691 litros de

água a menos do que no experimento 1, isso representa uma economia de 63,56%

de água durante o processo. Este comportamento está representado na figura 7.

Figura 7 - Quantidade de água para resfriamento (litros) para produção de 1 litro de água destilada.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º

volu

me

(lit

ros)

Experimentos

20

Através de informações obtidas na Central de Materiais do Centro

Tecnológico, sabe-se que são produzidos, em média, 35 litros de água destilada por

dia. Sendo assim, a quantidade de água de resfriamento necessária para a condição

de maior consumo é de 1524,95 litros e na condição de menor consumo são 555,76

litros.

Além do destilador da Central de Materiais, existem mais 2 outros

destiladores em funcionamento, um no Laboratório de Biotecnologia que produz em

média 25 litros por dia, e outro na Central de Materiais do Centro de Ciências da

Saúde (prédio 12) fornecendo 7,5 litros por dia.

Sendo assim, a produção diária total de água destilada é de 67,5 litros com a

utilização de água para resfriamento chega ao valor de 2.940,97 litros para a

condição de maior consumo e pode ser reduzido para 1.071,83 litros para a

condição de menor consumo,estes valores estão representados na figura 8.

Figura 8: Consumo diário de água para resfriamento na URI – Campus de Erechim.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1º 7º

Vo

lum

e (

litro

s)

Experimentos

21

Com essas informações, o consumo médio mensal de água de resfriamento

(considerando 22 dias de trabalho/mês) é de 64.701,34 litros para a condição de

maior consumo e pode ser reduzido para 23.580,26 litros para a condição de menor

consumo.

O custo mensal resultante da utilização desses equipamentos que atualmente

é de R$ 368,90 poderá ser reduzido para R$ 134,40. Anualmente os valores vão dos

atuais R$ 4.426,80 para R$ 1.612,87. Para esse cálculo considerou-se o valor de R$

5,70 o m3 de água.

Atualmente a URI – Campus de Erechim consome mensalmente uma média

de 870 m3 de água. Deste montante, 7,44% é destinado a produção de água

destilada. Este valor poderá ser reduzido para 2,71%.

3.2 ANÁLISE DO BALANÇO ENERGÉTICO

O balanço energético do processo de destilação está baseado na relação

entre a energia elétrica (entrada energética) que é responsável pela transformação

da água do estado líquido para o estado de vapor e a saída de calor que ocorre

como dissipação através da carcaça do equipamento e da água que condensa o

vapor e o transforma em água no estado líquido (saída energética).

Para quantificar o valor de energia elétrica necessária utilizou-se uma alicate

amperométrica para a medição da intensidade de corrente elétrica que passava pelo

destilador e um multímetro digital ajustado para funcionar como voltímetro a fim de

mediu-se a tensão elétrica fornecida. Com essas duas informações, calculou-se a

energia através das equações 03 e 04.

Os valores medidos foram:U = 216 V e i = 15,1 A

Aplicando esses valores na equação (03) obteve-se um a potência de 3.261,6

W. Sabendo que na condição de maior vazão (experimento 1) o tempo necessário

22

para destilar 1 litro de água foi de 13,08 minutos (0,218 horas) foi possível calcular o

valor da energia consumida através da equação (04) o que resultou em 711,03 Wh,

que convertidos representam 611.491,56 cal (entrada de energia no sistema).

Considerando que após a ebulição a água deve resfriar o vapor produzido

pela ebulição de 1 litro de água, pode-se calcular a quantidade de calor latente

retirado pela equação (02).

Sendo a massa de 1 litro de água equivalente a 1000 gramas e considerando

o calor latente de condensação da água como 540 cal/g, a energia térmica retirada

do vapor é de 540.000 calorias (saída de energia no sistema através da água de

resfriamento).

A diferença entre a energia de entrada no equipamento e a energia de saída

do mesmo através da água consiste na energia perdida na carcaça. Os valores

referentes a esses cálculos são apresentados na tabela 2.

Tabela 2 : Diferença entre a energia de entrada e saída no equipamento.

Em termos médios, a perda energética percentual é de 90,44% pela água de

resfriamento e 9,56% pela carcaça do equipamento, figura 9.

Experim. Tempo

(min:seg)

Energia de Entrada Energia de Saída

Energia Elétrica (kcal) Calor latente (kcal) Energia perdida na carcaça (kcal)

1° 13:08 614,00 540,00 73,98

2° 13:34 634,24 540,00 94,24

3° 13:13 617,88 540,00 77,88

4° 12:40 592,17 540,00 52,17

5º 11:59 560,22 540,00 20,22

6° 12:22 578,14 540,00 38,14

7° 12:28 582,82 540,00 42,82

Média 12:46 597,06 540,00 57,06

23

Figura 9: Diferença percentual entre as duas modalidades de perda de calor em destiladores.

Com relação ao consumo de energia elétrica, observa-se que a quantidade de

eletricidade necessária para destilar 1 litro de água fica atualmente em torno de 0,74

kWh e poderá ser reduzido para 0,65 kWh na condição de menor consumo de

eletricidade. Isso significa uma redução de 12,16%.

A tabela 3 mostra os valores de energia elétrica consumida na destilação para

cada situação testada, bem como os valores financeiros mensais e anuais

dispensados para o processo.

Tabela 3 : Custo de energia elétrica no diferentes experimentos.

Os valores da tabela 3 estão representados na figura 10.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1º 2º

%

Experimentos

Experim. Energia Elétrica de Entrada (kW/h) Custo Mensal (R$) Custo Anual (R$)

1° 0,71 255,23 3062,75

2° 0,74 263,65 3163,81

3° 0,72 256,85 3082,18

4° 0,69 246,16 2953,92

5º 0,65 232,88 2794,57

6° 0,67 240,33 2883,96

7° 0,68 242,27 2907,28

24

Figura 10:Quantidade de Energia elétrica (kcal) necessária para produzir 1 litro de água destilada.

Considerando que a produção mensal de água destilada na URI – Campus de

Erechim fica em torno de 1485 litros, conclui-se que a necessidade de energia

elétrica é de 1084,0 kWh, a um custo de R$ 0,25 o kWh, o que resulta num valor de

R$ 271,00. Esse custo poderá baixar se for adotada a condição de menor consumo

de eletricidade (experimento 5). Nessa condição poderá haver uma redução do valor

da energia elétrica para R$ 241,31. A diferença em termos energéticos está

representada na figura 11.

Figura 11: Diferença entre o maior e o menor consumo de energia elétrica

520

540

560

580

600

620

640

1° 2° 3° 4° 5º 6° 7°

Ene

rgia

Elé

tric

a (k

cal)

Experimentos

0,6

0,62

0,64

0,66

0,68

0,7

0,72

0,74

0,76

1 2

Ene

rgia

Elé

tric

a (k

cal)

Experimentos

25

4 Considerações Finais

O presente trabalho que teve como objetivo a avaliação do processo de

destilação de água e energia para uso em laboratórios, nos mostra que há a

possibilidade de uma significativa redução do consumo de água de resfriamento e

também de energia elétrica.

Com relação à quantidade de água de resfriamento, o volume que

usualmente é utilizado é de 43,57 litros para cada litro de água destilada produzida.

Este valor pode ser reduzido para 15,88 litros, o que representa uma redução de

63,56%. Em nível de URI – Campus de Erechim, o total do consumo mensal pode

passar de 64,70 m3 para 23,58 m3. Esta economia é de grande importância tanto no

aspecto ambiental em função da crescente escassez deste recurso como no aspecto

financeiro.

Com relação ao consumo energético a diferença entre o maior e o menor

valor é menos significativa, e vai de 0,74 kWh para 0,65 kWh, uma redução de

12,6% em cada litro de água destilada produzida.

Pode-se sugerir que futuramente sejam realizados outros trabalhos que visem

o aproveitamento do calor e da água perdida no processo descrito, para outras

aplicações ou para a realimentação do processo após resfriamento prévio. Dessa

forma podemos contribuir para a redução da utilização de recursos tanto financeiros

como naturais em nossas atividades diárias.

26

REFERÊNCIAS

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CARVALHO. G. C. Química Moderna.São Paulo: Editora Scipione, 2001.

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Técnicos e Científicos S. A, 2002.

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