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DESTILADORES SOLAR Prof. Paulo Cesar C. Pinheiro Dept. Engenharia Mecânica da UFMG Outubro 2011 Menos de 3% de toda a água encontrada nas fontes superficiais ou subterrâneas possui um volume reduzido de sais que permite o seu consumo por seres humanos. Existe mais de 1,1 bilhão de pessoas sem acesso a água potável. Ocorrem 4 bilhões /ano de casos de diarréia, dos quais 88% devido ao uso de água contaminada. Mais de 1,8 milhão de pessoas – a maior parte crianças com menos de 5 anos – morrem anualmente em decorrência do consumo de água contaminada (OMS) . Esse quadro deverá se agravar ainda mais com o aquecimento global, de acordo com os relatórios do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC). De acordo com o IPCC, a situação de falta de água tende a piorar. O acesso à água deverá cair mais de 20% até 2050. Água Potável Destilação Solar na Natureza O ciclo das chuvas é um processo de destilação solar natural. A energia solar evapora a água dos mares e outras superfícies úmidas. O vapor sobe na atmosfera e é levado pelos ventos. Quando encontra condições adequadas, a água se condensa em gotículas formando as nuvens. Se as condições continuam adequadas as gotas aumentam de tamanho até se precipitarem em forma de chuva. Jubail II – Arábia Saudita Maior planta de dessalinização do mundo 800.000 m3/dia + 2,8 GW de eletricidade Custo US$ 3,8 bilhões Dessalinizador Térmico Prototipo Dessalinizador Térmico UFC Os destiladores solares são equipamentos que permitem obter água doce onde esta é escassa, mas onde existe água misturada com outras substâncias que a tornam inutilizável. Através dos destiladores solares é possível obter água doce da água do mar, da água barrenta e até da contida nos vegetais. É de grande utilidade em zonas desérticas próximas ao mar já que conta com os dois elementos fundamentais: abundância de água salgada e radiação solar. Destilador Solar Princípio Funcionamento: A energia Solar aquece a água até a temperatura de evaporação, o vapor de água sobe, condensa na superfície de vidro, escorrendo para o reservatório. Este processo remove as impurezas da água tais como sais, terra, metais pesados e elimina bactérias. Destilador Solar Destilador Solar A maior instalação atualmente em operação encontra-se instalada na ilha de Patmos (Grécia), com uma superfície superior a 8000 m2. A primeira planta de destilação solar de grande porte foi construída em 1874 por Charles Wilson em Salitrera Lastenia, uma salina no deserto de atacama no nordeste do Chile. Este destilador fornecia água potavel a partir de água salobra da mina de nitrato. A instalação com área total de 4.757 m2 utilizava tanques de madeira com fundo enegrecido. Num dia típico de verão fornecia 23.000 L/dia (4,9 kg água / m2). Esta planta ficou em operação até 1914. Destilador Solar VantagensVantagens e e desvantagensdesvantagens 9fácil construção 9 É construido con materialis fácilmente disponiveis 9 Tem uma grande vida útil 9Pode servir de superficie captadora de agua de chuva 9Se adapta a todos os tamanhos 8 requerem bastante mão de obra para a montagem e instalação em no caso de grandes plantas destiladoras. Destilador solar de una vertiente- Es quizá el modelo de destilador más sencillo de estructura. Se trata de una caja cubierta por un cristal inclinado. La caja está dividida en dos compartimentos: uno con el fondo de color negro donde se coloca el agua a evaporar y que ocupa la mayor parte de la caja y el otro el receptáculo donde se recoge el agua destilada y que se encuentra en el lado de menor altura. Algunos fabricantes los denominan “células solares destiladoras” ya que algunos tienen la posibilidad de interconectarse entre si para ampliar la instalación de manera modular Classificação dos Destiladores Solar Classificação dos Destiladores Solar Destilador solar de dos vertientes- El siguiente en complejidad estructural. Este modelo consta de un “tejado” de material transparente de dos vertientes. Las gotas de agua que se han condensado en el panel transparente se deslizan por los lados y precipitan a un depósito situado bajo la bandeja donde se dispone el agua para destilar. Desde el depósito de almacenamiento se extrae el agua por medio de un grifo. En este modelo la captación de energía solar es en principio más eficiente que en el modelo anterior ya que no existen paredes que puedan proyectar sombras al interior de la caja. Destilador solar de invernadero- Este es un modelo de destilador solar de gran tamaño. Se trata de estructuras de invernaderos que en su interior albergan un estanque de agua de poca profundidad y con el fondo de color negro. El agua evaporada se condensa en las paredes del invernadero y se desliza hacia los receptáculos situados en la base de las paredes. En esencia es el mismo modelo que el destilador solar de dos vertientes pero de grandes proporciones. Classificação dos Destiladores Solar Classificação dos Destiladores Solar Destilador solar de cascada- Modelo de destilador en forma de terrazas. En la parte superior de cada una de las terrazas se disponen los estanques con fondo de color negro llenos de agua para destilar. Cuando la radiación solar incide en el destilador comienza la evaporación. El agua en estado gaseoso se condensa en una superficie transparente dispuesta de forma inclinada sobre las terrazas y se desliza hacia el receptáculo situado en la parte baja del destilador. El nombre de cascada le viene dado por los momentos en los que se repone agua para destilar o en los que se efectúan labores de limpieza. En estos procesos se deja correr el agua desde una cañería en la parte superior provocando el efecto cascada conforme esta se desliza por las Classificação dos Destiladores Solar Destilador solar esférico de barredera- La particularidad de este modelo se basa en la forma esférica del material transparente así como en la introducción de una barredera que lame su cara interna y que está accionada por un pequeño motor. En una bandeja con fondo de color oscuro situada en la parte central de la esfera se coloca el agua a destilar. Este modelo tiene forma esférica buscándose favorecer la captación solar al evitarse las sombras que alguna parte del destilador pueda provocar en otra. Además la forma esférica logra mantener una mayor inercia térmica facilitando un mayor aprovechamiento del calor producido por la energía solar. Por su parte la barredera arrastra las pequeñas gotas que se van formando en el interior de la esfera juntándolas y provocando que se precipiten por gravedad a la parte baja donde se acumulan. Con el sistema de barredera se evita que las gotas reflejen la radiación solar y se permite que el agua en estado gaseoso se condense con mayor facilidad en las paredes. Estos factores aumentan el rendimiento del equipo si bien como contrapartida se tiene que es necesario suministrarle energía Classificação dos Destiladores Solar Classificação dos Destiladores Solar Destilador solar multietapa- Este es un modelo más complejo y eficiente que emplea sistemas de colectores solares complejos (concentradores parabólicos, tubos de vacío, e incluso sistemas de placa plana de alta eficiencia) para alcanzar altas temperaturas y llevar al punto de ebullición al agua. El vapor de agua se condensa con ayuda de un refrigerante y el calor se recupera y se almacena en depósitos. Este sistema requiere ya de inversiones importantes O rendimento dos destiladores solares é função da potência da radiação solar, da temperatura ambiente e da forma e características do destilador. A principio as regiões insolaradas quentes oferecem melhores condições para a destilação solar que as regiões frias e úmidas, onde em princípio este sistema não funcionara bem. Assim, os lugares onde é mais necessário a destilação solar por serem mais secos, também possuem maior insolação. Assim a destilação solar se adapta bem nestas condições. De modo geral o rendimento dos destiladores solar encontra-se na faixa de 25 a 50% (com excessao dos destiladores multi-etapas, onde o rendimento é superior). Pode-se obter entre 3 e 5 litros/dia.m2 de coletor em dias ensolarados. Estes níveis de produção tornam perfeitamente viável o uso da água destilada para beber e para outros usos domésticos em pequenas instalações e para fins industriais em instalações de tamanho suficiente. Rendimento dos Destiladores Solar Destilador Solar Destilador Solar Destilador Solar Destilador Solar “Pasteurizador” Solar Destilador Solar George O. G. Lof. Fundamental Problems in Solar Distillation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 47, No. 8 (Aug. 15, 1961), pp. 1279-1290 Solar Water Heater & Pasteurizer Made From Recyclables http://solarcooking.org/soda-bottle-pasteurizer.htm Destilador Solar Projeto Sodis (“desinfecção solar) financiado pela União Européia. Uso de fotocatalisadores nanoestruturados para para acelerar a desinfecção e purificação da água em equipamento solar de baixo custo. Os fotocatalisadores são fabricados com nanoporos auto- alinhados de dióxido de titânio, que têm tamanho controlável e diâmetro regular. A água é depositada em garrafas PET colocadas ao sol por cerca de 6 horas, sobre os telhados das casas. Estudos mostraram, que crianças com menos de 6 anos que utilizaram água submetida à desinfecção solar tiveram sete vezes menos probabilidade de contrair cólera. Tirando Água do Deserto Los kazajos tienen un axioma: “onde tem areia, tem água». Como la arena nunca está absolutamente seca, su humedad puede ser extraída con ayuda del Sol, una fina película de plástico transparente y un poco de ingenio, mediante el denominado condensador solar, cuyo principio de funcionamiento es sencillo: con el plástico se cubre un orificio a una altura entre 50 y 60 cm. Sus extremos se sujetan con arena o tierra para obtener mayor hermeticidad. Los rayos solares, al pasar por la membrana transparente, absorben la humedad del suelo, la cual se evapora y se condensa en la superficie interior de la película. La forma cónica se obtiene colocando un pequeño peso en el centro para que las gotas caigan en el recipiente. Sin deshacer la instalación, el agua se puede obtener con ayuda de alguna manguerita. Cada día este condensador solar puede aportar hasta un litro y medio de agua. Para aumentar su productividad el orificio debe rellenarse hasta la mitad con ramas frescas y retoños. Tirando Água do Deserto Bibliografia CLARK, J. A., 1990, “The steady state performance of solar still”, Solar Energy, Vol. 44, pp. 43-49. COOPER, P. I., 1969, “Digital Simulation of Transient Solar Still Processes”, Solar Energy, Vol. 12, pp. 313-331. DELYANNIS, E., 2003, “Historic Background of desalination and renewable energies”, Solar Energy, Vol. 75, 357-366. DUNKLE, R. V., 1961, “Solar Water Desalination: The Roof Type Still and a Multiple Effect Diffusion Still”, International Heat Transfer Conference, part V, pp. 895-902, Boulder-CO, USA. LÖF, G. O. G., EIBLING, J. A., BLOEMER, J. W., 1961, “Energy Balances in Solar Distillers”, A.I.Ch.E. Journal, vol. 7, No. 4, 641-649. MATHIOULAKIS, E.; BELESSIOTIS, V.; DELYANNIS, E., 2007, “Desalination by using alternative energy: Review and state-ofthe-art”. Solar Energy, vol. 203, p. 346-365. McCRACKEN Horace; GORDES, Joël Gordes. Undertanding Solar Stills. Vita, TP# 37: 9/85, http://sleekfreak.ath.cx:81/3wdev/VITAHTML/SUBLEV/EN1/SOLRSTIL.HTM TELKES, M., 1955, “Improved Solar Stills”, Transactions of the Conference on the Use of Solar Energy, the Scientific Basis, Vol. 3, pp. 145-153, Tucson Arizona. TSILINGIRIS, P. T., 2009, “Analysis of the heat and mass transfer processes in a solar still – The validation of a model”, Solar Energy, 83, 420-431. Destilador Solar