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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA AMBIENTAL MESTRADO ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM GESTÃO E TECNOLOGIA AMBIENTAL Eliezer Henker ESTUDO E CONSTRUÇÃO DE EQUIPAMENTOS DESUMIDIFICADORES PARA OBTENÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS. Santa Cruz do Sul, fevereiro de 2012.

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA AMBIENTAL

MESTRADO

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM GESTÃO E TECNOLOGIA AMBIENTAL

Eliezer Henker

ESTUDO E CONSTRUÇÃO DE EQUIPAMENTOS DESUMIDIFICADORES PARA

OBTENÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS.

Santa Cruz do Sul, fevereiro de 2012.

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Eliezer Henker

ESTUDO E CONSTRUÇÃO DE EQUIPAMENTOS DESUMIDIFICADORES PARA

OBTENÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Tecnologia Ambiental – Mestrado,

Área de Concentração em Gestão e Tecnologia

Ambiental, Universidade de Santa Cruz do Sul -

UNISC, como requisito parcial para a obtenção do

título de Mestre em Tecnologia Ambiental.

Orientador: Dr. Ênio Leandro Machado

Co-orientador: Dr. Jorge André Ribas Moraes

Santa Cruz do Sul, fevereiro de 2012.

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Eliezer Henker

ESTUDO E CONSTRUÇÃO DE EQUIPAMENTOS DESUMIDIFICADORES PARA

OBTENÇÃO DE ÁGUA POTÁVEL UTILIZANDO DIFERENTES SISTEMAS.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Tecnologia Ambiental –

Mestrado, Área de Concentração em Gestão e

Tecnologia Ambiental, Universidade de Santa

Cruz do Sul - UNISC, como requisito parcial

para a obtenção do título de Mestre em

Tecnologia Ambiental.

________________________________

Dr. Ênio Leandro Machado

Professor Orientador

Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC

________________________________

Dr. Jorge André Ribas Moraes

Professor Co-Orientador

Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC

_________________________________

Dr. Marcelino Hoppe

Universidade de Santa Cruz do Sul-UNISC

_________________________________

Dra. Lourdes Teresinha Kist

Universidade de Santa Cruz do Sul-UNISC

_________________________________

Dr. Francisco de Assis Salviano de Sousa

Universidade Federal de Campina Grande - UFCG

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Dedicatória

Dedico este trabalho aos meus filhos, Félix e Khrystian e a minha esposa Marli.

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Agradecimentos

Agradeço aos Mestres pela iluminação e amparo em todos os momentos.

Agradeço a minha família pelo apoio, incentivo e carinho.

Agradeço a CAPES pela oportunidade da bolsa de iniciação científica e a FAPERGS

por disponibilizar recursos que viabilizaram este projeto.

Agradeço especialmente ao professor Ênio Leandro Machado pela dedicação extrema

em todas as atividades muito além do esperado e da confiança depositada, por demonstrar

muito antes de me conhecer os grandes valores humanos presente em seu caráter.

Agradeço ao professor Jorge André Ribas Moraes pelas palavras de otimismo e

serenidade na condução dos trabalhos.

Agradeço aos professores do Mestrado em Tecnologia Ambiental e do Departamento

de Engenharia que estavam sempre dispostos a oferecer uma mão amiga.

Agradeço aos funcionários dos departamentos e Laboratórios pela dedicação e

compromisso e em especial a Raquel Dioneia Petermann Schultz disposta a dar aquela força

no momento certo.

Enfim, agradeço a Bárbara Meier da Costa e a Fernanda Sartori Rodrigues, bolsistas

de iniciação científica pela paciência, seriedade e dedicação no desempenho das atividades.

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Resumo

Este trabalho tem por objetivo principal a concepção e construção de sistemas

desumidificadores para obtenção de água potável. A umidade do ar precipita por condensação

na forma de gotas quando há contato do ar mais quente com uma superfície fria. Este

fenômeno físico também é conhecido como orvalho. A pesquisa abordou elementos

climatológicos da região do Vale do Rio Pardo demonstrando índices favoráveis a obtenção

de água potável através da desumidificação. O experimento empregando garrafas de PET -

Politereftalato de etileno, com água congelada demonstrou a capacidade de formação de

orvalho na sua superfície em diferentes situações experimentais tais como vento, temperatura

ambiente e umidade relativa. A fim de analisar alguns parâmetros de potabilidade da água as

amostras foram submetidas a análises de coliformes totais, Escherichia coli, pH, turbidez,

oxigênio consumido e condutividade. Todas as amostras apresentaram índices satisfatórios de

potabilidade. Um dos sistemas propostos de desumidificação emprega a célula termoelétrica

de efeito Peltier como fonte de superfície fria podendo ser acionado por energia elétrica

convencional ou energia elétrica fornecida por painéis fotovoltaicos. O equipamento conta

com uma unidade de desinfecção composta por lâmpada germicida de 254nm. O sistema é

indicado para pequenas aplicações podendo gerar aproximadamente 2,6 L m-2

h-1

de

condensado aquoso com um consumo energético de 7,92 kWh L-1

em uma umidade relativa -

UR de 80%, ventos de 7 km h-1

e temperatura ambiente de 25°C. O segundo sistema emprega

Amônia – NH3, Cloreto de cálcio – CaCl2 e irradiação solar como fonte energética no ciclo de

absorção intermitente dia/noite. O emprego da NH3 como elemento refrigerante e o CaCl2

como absorvedor da NH3 no ciclo regenerativo noturno dispensa o emprego de energia

elétrica para obtenção de superfície fria no ciclo intermitente. Aspectos especiais construtivos

foram necessários na elaboração do projeto bem como a observação dos riscos ocupacionais

envolvidos com a manipulação da NH3. O emprego de sistemas desumidificadores pode ser

uma alternativa para obtenção de água potável em locais afetados pela escassez deste recurso

sejam por ordem climática, catástrofes naturais ou locais isolados.

Palavras chaves: Desumidificação, água potável, Célula Termoelétrica, Efeito Peltier,

Refrigeração por Amônia.

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Abstract

The main objective of this work is the design and construction of systems dehumidifiers for

obtaining drinking water. The air humidity by condensation precipitates in the form of drops

when there is warmer air contact with a cold surface. This physical phenomenon is also

known as dew. The study addressed climatological elements of the Vale do Rio Pardo

demonstrating favorable rates to obtain drinking water by dehumidifying. The experiment

using PET bottles - Polyethylene terephthalate, frozen water demonstrated the capacity to

form dew on its surface in different experimental conditions such as wind, temperature and

relative humidity. In order to analyze some parameters of drinking water samples were

analyzed for total coliforms, Escherichia coli, pH, turbidity, conductivity and oxygen

consumed. All samples showed satisfactory rates of potability. A dehumidification system

proposed employs the Peltier effect thermoelectric cell as a source of cold surface can be

powered by conventional electricity or electrical energy supplied by photovoltaic panels. The

equipment has a disinfection unit consists of germicidal lamp of 254nm. The system is

suitable for small applications can generate about 2.6 L m-2

h-1

aqueous condensate whit an

energy consumption of 7.92 kWh L-1

at a relative humidity - RH 80%, and winds of 7 km h -1

and temperature of 25°C. The second system employs Ammonia – NH3, Calcium chloride –

CaCl2 and solar irradiation as energy source in absorption cycle intermittent day / night. The

use of NH3 as the refrigerant and absorber as CaCl2 regenerative cycle of NH3 in the night

dispensing the use of electricity to obtain cold surface in intermittent cycle. Special aspects of

construction were necessary in preparing the draft and the occurrence of occupational hazards

involved with handling of NH3 in refrigeration systems. The use of desiccant systems can be

an alternative for obtaining drinking water in areas affected by the scarcity of this resource in

order to be climate, natural disasters or isolated locations.

Keywords: Dehumidification, Clean Water, Thermoelectric Cell, Peltier Effect, Ammonia

Refrigeration.

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Lista de Figuras

Figura 1: Tipos de Processamento de vapor de água atmosférico....................................... 17

Figura 2: Diagrama esquemático do aparato experimental proposto por Kabeel................. 19

Figura 3 : Pastilha Termoelétrica de Efeito Peltier.............................................................. 23

Figura 4: Carta Psicrométrica............................................................................................... 26

Figura 5: Temperatura do ar mínima, máxima e média entre 01/01/2008 e 01/12/2011.... 28

Figura 6: Precipitação pluvial entre 01/01/2008 e 01/12/2011............................................ 28

Figura 7: Temperatura do ar mínima, máxima e média entre 01/01/2011 e 01/12/2011.... 29

Figura 8: Precipitação pluvial entre 01/01/2011 e 01/12/2011............................................ 29

Figura 9 – Precipitação pluvial média, mensal máxima e mínima...................................... 31

Figura 10: Condensação do ar através de superfície refrigerada empregando garrafas ....... 32

Figura 11: Exemplo de placas 3M TM

de PetrifilmTM

........................................................... 35

Figura 12: Unidade de desumidificação do ar e desinfecção com emprego de célula

termoelétrica .........................................................................................................................

38

Figura 13: Protótipo para teste de configurações de pastilhas termoelétricas ..................... 40

Figura 14: Formação de gelo e orvalho em configuração de duas células termoelétrica

sobrepostas ...........................................................................................................................

41

Figura 15: Experimentação de duas células termoelétricas sobrepostas de 40x40mm ....... 42

Figura 16: Projeto inicial de sistema regenerativo de compressão e descompressão de

NH3 .......................................................................................................................................

41

Figura 17: Projeto ICE MAKER – Identificação das partes ............................................... 44

Figura 18: ICE MAKER na CETER-UNISC ........................................................................ 46

Figura 19: Precipitação Média Mensal em milímetros do Campus Universitário de Santa

Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011 .............................

48

Figura 20: Temperatura Máxima Média em Celsius do Campus Universitário de Santa

Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011 ..............................

48

Figura 21: Temperatura Mínima Média em Celsius do Campus Universitário de Santa

Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011............................

49

Figura 22: Umidade Relativa do Ar Média em % do Campus Universitário de Santa Cruz

do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011......................................

49

Figura 23: Placas 3M TM

de PetrifilmTM

com diluição da amostra de 10 e 100 vezes com

incubação de 24 horas...........................................................................................................

51

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Figura 24: Placas 3M TM

de PetrifilmTM

com diluição da amostra de 10 e 100 vezes com

incubação de 48 horas..........................................................................................................

52

Figura 25: PWM para 1,0 Ampère ....................................................................................... 54

Figura 26: Pastilha Peltier – configurações de montagem do protótipo ............................. 55

Figura 27: Sistema sobre bancada de pastilha termoelétrica sobreposta ............................ 56

Figura 28: Sistema sobre bancada de pastilhas termoelétrica 40x40mm ............................ 58

Figura 29: Vistas com corte parcial do equipamento com célula termoelétrica .................. 60

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Lista de Tabelas

Tabela 1: Teste sem presença de vento ........................................................................ 49

Tabela 2: Teste com a presença de vento de 1,2 km/h ................................................. 49

Tabela 3: Teste com a presença de vento de 8,5 km/h ................................................. 50

Tabela 4: Oxigênio Consumido – O.C. ........................................................................ 51

Tabela 5: pH, Turbidez e Condutividade da garrafa 1.................................................. 52

Tabela 6: pH, Turbidez e Condutividade da garrafa 2.................................................. 52

Tabela 7: Medições realizadas no protótipo com pastilhas sobrepostas. .................... 54

Tabela 8: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas 62x62mm ..... 56

Tabela 9: Medições realizadas em bancada com pastilha 40x40mm .......................... 57

Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58

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Lista de Quadros

Quadro 1: Características físico químicas da Amônia................................................ 22

Quadro 2 – Dados climatológicos da Estação Meteorológica UNISC – Campus

Central entre 2005 e 2011...........................................................................................

29

Quadro 3: Padrão microbiológico de potabilidade de água para consumo humano... 32

Quadro 4: Padrão de turbidez para água pós-filtração ou pré-desinfecção................. 33

Quadro 5: Dados relacionados empregando pastilha termoelétrica sobreposta de

62x62mm.....................................................................................................................

60

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SUMÁRIO

Resumo............................................................................................................................................ 6

Abstract........................................................................................................................................... 7

Lista de Figuras............................................................................................................................... 8

Lista de Tabelas.............................................................................................................................. 10

Lista de Quadros ............................................................................................................................ 11

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 13

2 OBJETIVOS ............................................................................................................................... 15

2.1 Objetivo Geral .......................................................................................................................... 15

2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................... 15

3 REVISÃO DE LITERATURA .................................................................................................. 16

3.1 Modelos de Configurações de Sistemas de Desumidificação para Obtenção de Água

Potável............................................................................................................................................

16

3.2 Experiências Brasileiras e Internacionais para Obtenção de Água Potável por

Desumidificação..............................................................................................................................

18

3.3 Elementos de Configuração de Sistemas de Desumidificação para Obtenção de Água

Potável.............................................................................................................................................

21

3.3.1 Agente Refrigerante – Amônia.............................................................................................. 21

3.3.2 Células de Semicondutor – Efeito Peltier.............................................................................. 22

3.3.3 Temperatura do Ponto de Orvalho e Sua Importância na Obtenção de Água Através da

Condensação...................................................................................................................................

24

4 METODOLOGIA ....................................................................................................................... 26

4.1 Caracterização dos Dados Climatológicos Regionais Visando a Obtenção de Água Potável

Através da Desumidificação ..........................................................................................................

26

4.1.1 Dados Climatológicos da Estação Meteorológica do Departamento de Engenharia,

Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul – Campus Central

UNISC ............................................................................................................................................

28

4.1.2 Histórico da Pluviometria em Santa Cruz do Sul.................................................................. 30

4.2 Ensaios de Desumidificação em Escala de Bancada................................................................ 30

4.3 Análise da Qualidade da Água.................................................................................................. 32

4.3.1 Coliformes Totais e Escherichia coli..................................................................................... 34

4.3.2 Determinação do Oxigênio Consumido – OC....................................................................... 35

4.4 Configurações dos Sistemas de Desumidificação para Obtenção de Água Potável................. 35

4.4.1 Sistema Peltier....................................................................................................................... 36

4.4.1.2 Configurações de Células ermoelétricas.......................................................................... 38

4.4.2 Sistema Ice Maker.................................................................................................................. 41

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................................................................. 46

5.1 Aspectos Climatológicos........................................................................................................... 46

5.2 Resultados dos Ensaios de Desumidificação em Escala de Bancada....................................... 49

5.3 Determinação da Qualidade da Água nas Amostras do Sistema em Escala de Bancada......... 50

5.4 Resultados dos Ensaios com Células Termoelétricas de Efeito Peltier.................................... 52

5.5 Construção de Sistema de Desumidificação para Obtenção de Água Potável com Uso de

Célula Termoelétrica.......................................................................................................................

58

5.6 Construção de Sistema de Desumidificação para Geração de Água Potável com Uso de

NH3 e CaCl2 - ICE MAKER......................................................,.....................................................

60

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES........................................................................ 63

6.1 Sugestões para Continuidade do Trabalho................................................................................ 65

7 REFERÊNCIAS………………………………………………………………………….…….. 66

ANEXO A……………………………………………………………………………….……….. 69

ANEXO B………………………………………………………………………………………... 70

ANEXO C………………………………………………………………………………………... 72

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1 INTRODUÇÃO

Em uma visão macro, 97,5% da água presente no planeta é salgada e imprópria para

consumo humano. Através de processos onerosos de dessalinização é possível tornar esta

água potável. Os 2,5% restantes são consideradas águas doces e deste total 69% encontra-se

em geleiras e neves eternas, 30% em água subterrânea, 0,7% em solos, ar e solos congelados e

0,3% estão disponíveis em rios e lagos (COIMBRA e ROCHA, 1999).

Considerando estes dados, aliados ao crescimento populacional e o desenvolvimento

industrial com a consequente utilização desenfreada de recursos naturais é possível prever

problemas futuros de abastecimento de água para as populações. A gestão dos recursos

hídricos é uma preocupação dos governos e de suas comunidades.

Todas as medidas que podem minimizar o efeito anteriormente citado deverão incluir

educação, saneamento ecológico, reuso de água para fins menos nobres, captação de água de

chuva e preservação e recuperação das fontes de água potável. É claro que todos estes

aspectos dos impactos antropogênicos nos ecossistemas globais são agravados por mudanças

climáticas amplamente discutíveis.

A escassez de água potável estabelecerá dificuldades cada vez maiores na maioria das

cidades brasileiras nas próximas décadas. Cidades como Vitória, no Espírito Santo, podem

experimentar esta acentuada carência de água potável nos próximos quinze anos.

Períodos de secas são comuns em nossa região e em outros locais do estado bem como

períodos de intensa precipitação pluviométrica.

O Rio Grande do Sul apresenta uma média de precipitações entre 1200 a 2400 mm ao

ano, no entanto, a mídia relata, ano após ano, famílias sendo afetadas com agravantes no

mínimo comparáveis às regiões semi-áridas mais críticas do Brasil devido à falta de água e a

má gestão dos recursos hídricos.

Neste sentido, além das medidas de sustentabilidade ambiental e políticas públicas de

saneamento e gestão de recursos hídricos, novas formas de obtenção e potabilização de água

serão medidas de apoio para atenuação de problemas causados por catástrofes naturais,

emergências e locais de difícil acesso.

Com o exemplo do saneamento ecológico, a potabilização de água demandará cada

vez mais de tecnologias limpas e ecodesign para captação, clarificação e desinfecção.

Várias pesquisas estão demonstrando que coagulantes e auxiliares de clarificação,

métodos de desinfecção e destilação com energia solar, cisternas, separação de fases com

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termo-sifão, podem obter água potável em comunidades carentes e em regiões urbanas bem

diversificadas socialmente em todo o mundo.

Entretanto, outro enfoque de pesquisa deve ser considerado: empregar sistema

desumidificador adotando a célula termoelétrica de efeito Peltier para gerar condensado

aquoso e sistema de absorção intermitente empregando amônia e cloreto de cálcio em ciclo

regenerativo dia/noite para obtenção de água.

Experimentos para geração de condensados aquosos a partir da umidade do ar estão

crescendo no interesse de alguns pesquisadores. Silva e de Souza (2009) investigaram a taxa

de produção de água por metro quadrado de área resfriada para as condições de regiões

semiáridas do Nordeste brasileiro. Os resultados são animadores, estabelecendo valores de

1,23 L h-1

m-2

com consumo de energia de 0,75 kWh.

Desta forma, o problema de adoção das medidas de sustentabilidade ambiental e de

fontes alternativas de água potável poderá ganhar com sistemas de desumidificação do ar com

efetiva descentralização e flexibilidade de escalas para atenuar, no futuro, a escassez de água

potável.

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2 OBJETIVOS

2.1 Objetivos Geral

Conceber e construir equipamentos desumidificadores para obtenção de água potável

empregando sistema com células termoelétricas de efeito Peltier e sistema com Amônia e

Cloreto de Cálcio.

2.2 Específicos:

Realizar diagnóstico climatológico na região da pesquisa;

Estabelecer a configuração de equipamento de absorção intermitente - ICE MAKER

empregando NH3 + CaCl2 e irradiação solar como fonte energética;

Aplicar os equipamentos em unidade experimental da UNISC para avaliar o

potencial de produção de água potável;

Realizar análises parciais de potabilidade da água obtida, principalmente as

características microbiológicas através de ensaios experimentais com base na

Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde a fim de verificar a potabilidade das

amostras.

Determinar custos de implantação, operação e manutenção do sistema proposto

para aplicação de novo produto tecnológico.

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3 REVISÃO DA LITERATURA

3.1 Modelos de Configurações de Sistemas de Desumidificação para Obtenção de

Água Potável.

O processamento de vapor de água da atmosfera – Atmospheric Water Vapour

Processing – AWVP é amplamente discutido na comunidade científica. Fontes inovadoras de

água potável em uso foram analisadas pela ONU – United Nations (1985), considerando que

em algumas localidades de regiões semiáridas e áridas do planeta são muito povoadas e

também estão situadas em geral em países em desenvolvimento localizados na América

Central, América do Sul, África, Oriente Médio e sul da Ásia como é o caso das cidades às

margens do Golfo Pérsico e do Mar Mediterrâneo.

Wahlgrenn (1998 e 2001) apresenta diferentes configurações de sistemas AWVP

divididos em três modalidades: Resfriamento de superfícies através de bombas de calor ou

radiação de frio; uso de dessecantes sólidos ou líquidos e convecção induzida em estrutura

controlada, Figura 1.

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Figura 1: Tipos de Processamentos de vapor de água atmosférico

Fonte: Wahlgrenn (1998 e 2001)

Em seus estudos relaciona a tecnologia dos sistemas, o consumo em kWhm-³ de água

produzida bem como as necessidades diárias de água para diferentes aplicações. Faz um

comparativo de custeio entre os diferentes métodos analisados para obtenção de cada m³ de

água, por fim relaciona algumas sugestões para configuração de sistema desumidificadores

AWVP.

Para a produção de água a partir de nevoeiros, Cereceda et al (1992) tem um custo

estimado de US$ 4,46m-3

, já o processamento de vapor de água atmosférico através da coleta

em grande escala de orvalho, Rajvanshi (1981), é próxima a US$12,24m-3

e através do

sistema AWVP de água de oceano, Paton and Davies (1996), fica em torno de US$5,32m-3

.

A água coletada da atmosfera pode não ser própria para consumo. Processamento de

grandes volumes de água pode concentrar agentes patogênicos e detritos segundo, Michael

(1996).

Resfriamento da

superfície por

bomba de calor ou

resfriamento

radiativo

Ar atmosférico

úmido

Vapor de água

concentrado por

dessecante

Convecção

induzida por

estrutura

controlada

Projeto tipo 1 Projeto tipo 2

Projeto tipo 3

tipo 3 b tipo 3 a

Tipo?

Tipo?

Absorção por

sólido

dessecante

Absorção por

líquido

dessecante

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Em seus estudos, Wahlgren (1998 e 2001), aponta a necessidade de tratamento da

água coletada por intermédio de cloração e desinfecção por ultravioleta e ozônio. A água

coletada pode ainda ser mineralizada para retirada do sabor de água destilada e para atender

padrões de potabilidade, Kajiyama (1974) e para saúde gástrica, Yamamoto et al. (1981).

3.2 Experiências Brasileiras e Internacionais para Obtenção de Água Potável por

Desumidificação

A proposta do desumidificador e potabilizador de água corrobora as pesquisas já

realizadas por cientistas brasileiros e do exterior, no entanto, a aplicação de células

termoelétricas para obtenção de orvalho é uma nova alternativa tendo em vista o avanço

tecnológico dos materiais semicondutores e custos acessíveis.

Equipamentos alternativos exploram a desumidificação do ar por troca de calor desde

1912, Silva e de Souza, (2009). Os sistemas usados configuram aparatos de refrigeração com

a maior área de contato possível para arrefecimento e condensação.

A aplicação de dessecantes sólidos e líquidos tais como CaCl2, LiBr e etileno glicol em

processos de absorção de sistemas regenerativos de desumidificador para obtenção de água

potável foram propostos por Hall (1966) e Sofrata (1981). A obtenção da água potável se dá

através da separação do dessecante da água por aquecimento e condensação do vapor.

No estudo de aplicação de dessecante líquido, Sultan (2002) demonstra a eficiência do

sistema absorvedor/regenerador analisando a influência da temperatura e a velocidade do ar

bem como a concentração do dessecante nos períodos de absorção e regeneração do

equipamento testado.

O modelo, experimental proposto por Kabeel (2004) empregando o dessecante CaCl2

misturado com areia propõe um aparato experimental com possibilidade de inclinação, Figura

2.

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Figura 2: Diagrama esquemático do aparato experimental proposto por Kabeel

Fonte: Kabeel (2004)

O trabalho avaliou os efeitos e desempenho de diferentes parâmetros no sistema

especialmente durante o período de regeneração. Tais parâmetros foram: intensidade de

radiação, temperatura ambiente e o ângulo de inclinação do equipamento.

O sistema demonstrou que é possível coletar 1,2 L m-2

dia-1

de água e o ângulo de

inclinação de 25° é o mais eficiente, no entanto, a diferença de produtividade é pequena.

Nos experimentos de Silva e de Souza (2009) realizados em municípios paraibanos de

Campina Grande e São João do Cariri, onde o clima é caracterizado como sendo semiárido, e

cuja precipitação anual é de cerca de 750 mm/ano e 500 mm/ano respectivamente, foi

1-Espuma 2-Chapas de aço 3-Suporte coletor 4-Hastes posicionadoras 5-Tampa de vidro 6-Bacia de coleta 7-Quadro da tampa

8-Puxador 9- Quadro metálico 10-Furos de fixação 11-Parafuso de fixação 12-Laminas de madeira 13-Tubo 14- Balão graduado

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empregada a estrutura interna de um refrigerador doméstico como superfície de condensação.

O modelo empregou fonte de energia elétrica convencional. Medições realizadas apontaram a

produção de água com a porta aberta do refrigerador. Posteriormente a estrutura interna do

congelador foi totalmente exposta ao ar ambiente e finalmente somente a tubulação que

envolve o congelador. Devido às dificuldades de manuseio, um novo sistema foi adaptado

empregando garrafas PET (Polietileno Tereftalato) de 2,5 litros com área superficial de 0,1m².

O estudo apontou a produção de 1,23 L m-2

h-1

empregando as superfícies refrigeradas das

garrafas PET e um consumo de 0,75kWh de energia elétrica.

Habeebullah (2009) empregou bobinas de refrigeração semelhantes às empregadas em

aparelhos de climatização. Para umidade relativa do ar típica da região da Arábia Saudita

(entre 30 e 70%) foram obtidos 17,6 kg m-2

dia-1

para uma velocidade de vento de 2,25 m s-1

.

Na mesma pesquisa, em intervalo de investigação entre agosto e fevereiro foram obtidos

valores médios de 401 kg m-2

mês-1

.

Já a região do Golfo Pérsico é considerada como sendo uma das áreas mais áridas do

mundo e conta com pouquíssimas reservas de água doce. A região é a maior produtora de

água potável do mundo através de usinas de dessalinização. Os investimentos ultrapassaram

40 bilhões de US$ nos últimos 20 anos. A operação de usinas de dessalinização tem um

impacto negativo no meio ambiente local além de altos custos operacionais e de manutenção.

A dependência tecnológica de instalação e operação dessas usinas somando a

dependência crescente desse modelo de obtenção de água doce vê-se na obtenção de água

potável através de fontes não convencionais uma alternativa de sustentabilidade. Helsarrag e

Horr (2011) investigaram a obtenção de água potável através das unidades de refrigeração de

ar condicionado amplamente utilizadas em instalações residenciais, comerciais e industriais

na região do Golfo Pérsico. Os resultados demonstraram a produção de 7,2 L de água por dia

por kW de arrefecimento o que viabiliza e gestão deste recurso tendo em vista que a

precipitação na região fica em torno de 80 mm anuais.

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3.3 Elementos de Configuração de Sistemas de Desumidificação para Obtenção

de Água Potável.

Vários são os sistemas de desumidificação para obtenção de água potável citada pela

literatura.

Alguns sistemas empregam substâncias dessecantes sólidas ou líquidas na sua

concepção a fim de reter a água e posteriormente separá-la através do aquecimento e

condensação do vapor.

A tecnologia de dessalinização emprega a osmose reversa para tornar potável a água

do mar. Através da destilação também é possível extrair água potável de água saloba ou água

do mar.

A coleta de vapor de água de nevoeiros e a coleta de orvalho de superfícies também

são maneiras de obtenção de água em ambientes onde há escassez de água.

A extração de água do ar atmosférico pode ser realizada resfriando uma superfície

abaixo do ponto de orvalho onde a umidade é condensada, Sultan (2004). Neste contexto a

aplicação de efeito Peltier na concepção de um desumidificador tornou-se uma nova

perspectiva na busca de configurações de pequeno porte e baixo custo, fácil operação e risco

ocupacional reduzido.

Sistemas de desumidificação por absorção regenerativa podem empregar energia solar

direta como fonte energética para compressão de fluido refrigerante; usar energia elétrica

convencional, painéis fotovoltaicos ou energia eólica para acionamento de compressores e

ventiladores.

Por outro lado, a teoria nos mostra que o emprego de fluidos refrigerantes tais como a

amônia pode conferir ao sistema desumidificador uma eficiência vantajosa.

3.3.1 Agente Refrigerante – Amônia

A denominação agente refrigerante é dada a substâncias que possuem a capacidade de

absorver grande quantidade de calor quando passam do estado líquido para o gasoso.

Atualmente esses agentes são empregados em larga escala na refrigeração industrial.

Características tais como volatilidade, calor latente de vaporização elevado, requerer

baixa potência para compressão à pressão de condensação, temperatura crítica bem acima da

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temperatura de condensação, ser estável, não apresentar efeito prejudicial a alguns metais, e

lubrificantes e outros materiais utilizados nos demais componentes do sistema, não ser

combustível ou explosivo sob condições normais de operação, fácil detecção em caso de

vazamento, custo razoável e disponibilidade em abundância são algumas das características

da amônia, Quadro 1.

Entretanto, a amônia torna se altamente explosiva em concentrações acima de 15% em

volume e é altamente tóxica. Ademais é considerada ecologicamente correta por ser o único

refrigerante natural que não agride a camada de ozônio e não agrava o efeito estufa.

No passado a amônia perdeu espaço com a introdução dos clorofluorcarbonos – CFCs.

Atualmente, vem ganhando espaço em virtude de suas propriedades termodinâmicas e seu

baixo custo. Se utilizada com precauções é uma ótima opção em termos de agente

refrigerante.

Quadro 1: Características físico químicas da Amônia.

Fonte: OSHA/EUA; NR15

3.3.2 Células de Semicondutor – Efeito Peltier

Observado em 1834 por Jean Charles Athanase Peltier o efeito consiste na produção

de um gradiente de temperatura quando submetido a uma corrente elétrica em materiais

condutores ou semicondutores. O dispositivo termoelétrico possui duas faces principais,

-

-

23,4 kJ mol-¹

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Figura 3. O fluxo de calor depende do sentido da corrente e pode ser absorvido ou gerado de

maneira reversível conforme, Pindado (2008).

Figura 3 : Pastilha Termoelétrica de Efeito Peltier

Fonte: http://www.kryotherm.ru/?tid=23

Atualmente há no mercado pastilhas termoelétricas operando com o efeito Peltier em

sistemas de refrigeração compactos tais como bebedouros e mini geladeiras.

Na criogenia é empregado para obtenção de temperaturas próximas ao zero absoluto,

necessárias para o estudo de supercondutores.

As pastilhas consistem no arranjo de materiais semicondutores Tipo-N e Tipo-P em

forma de matrizes. Ao circular corrente elétrica pelas junções o calor é transferido de uma

junção a outra fazendo com que a pastilha aqueça de um lado e resfrie do outro.

Em geral o material semicondutor das pastilhas é o tolureto de bismuto. As pastilhas

possuem a versatilidade de configurações, podendo ser empregadas individualmente ou

agrupadas para obter um gradiente de temperatura maior.

Práticas relatadas em determinadas configurações de montagem demonstram a

obtenção de gradientes de temperatura de algumas dezenas de graus Célsius. Ensaios e

simulações com determinado modelo de célula Peltier empregando uma corrente de 2,4

ampères demonstra que após um certo tempo, aproximadamente 275 segundos, a pastilha

termoelétrica mantém uma estabilização da temperatura de funcionamento fornecendo na face

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fria -12°C e na face aquecida 51°C disponibilizando assim um gradiente de 63°C, Chaves et

al, (2000).

3.3.3 Temperatura de Ponto de Orvalho e Sua Importância na Obtenção de Água

Através da Condensação.

A temperatura a qual o vapor de água do ar é saturado é conhecida como a temperatura

do ar em ponto de orvalho, Mitrani et al (2005).

O ponto de orvalho é definido como a temperatura na qual o ar deve ser resfriado para

que a condensação de água se inicie, ou seja, para que o ar fique saturado de vapor de água.

A determinação da temperatura do ponto de orvalho se dá atravé da fórmula, Mota,

(1999) e Tubelis, (2001):

To = (237,3 * Log ea/0,611) / (7,5 – Log ea/0,611)

Onde ea é:

ea = (UR * es) / 100

es = 0,61078 exp [17,269 t / (t + 237,3)]

UR é a Umidade Relativa

ea=pressão real de vapor em kPa para t em ºC.

es = pressão de saturação de vapor em kPa para t em ºC.

Através de cartas psicrométricas, Figura 4, é possível verificar simplificadamente

algumas propriedades do ar tais como: temperatura de bulbo seco e úmido, umidade relativa e

absoluta e temperatura do ponto de orvalho.

A temperatura de orvalho é muito importante para previsão da possibilidade de

condensação da umidade do ar em projetos de sistemas desumidificadores.

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Figura 4: Carta Psicrométrica de Carrier

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4 METODOLOGIA

A metodologia envolveu as seguintes etapas:

Caracterização dos dados climatológicos da microrregião de aplicação da

pesquisa;

Pesquisa dos tipos de sistemas desumidificadores empregados para obtenção

de água potável;

Configuração de um sistema experimental de bancada;

Projeto e construção de sistemas de desumidificação e desinfecção para

geração de água potável. Dois sistemas foram configurados: Sistema Peltier e

Sistema regenerativo tipo ICE-MAKER empregando Amônia e dessecante

CaCl2.

4.1 Caracterização dos Dados Climatológicos Regionais Visando a Obtenção de

Água Potável Através da Desumidificação

O levantamento de dados climatológicos regionais foi realizado via dados disponíveis

no Sistema de Monitoramento Agrometeorológico - AGRITEMPO na estação automática

INMET de Rio Pardo nos intervalos de 01/01/2008 a 01/12/2011 (Figuras 5 e 6) e 01/01/2011

a 01/12/2011 (Figuras 7 e 8) e no Instituto Nacional de Meteorologia – INMET, onde há

disponibilidade de dados climáticos do Brasil de mais de 100 anos. Trimestralmente desde

2004 o INMET divulga o boletim climático do estado do Rio Grande do Sul contendo

informações e prognósticos climáticos das regiões do estado para os próximos três meses,

bem como condições climáticas globais.

Dados climatológicos locais foram obtidos da estação meteorológica localizada no

Município de Santa Cruz do Sul, Campus Central da Universidade de Santa Cruz do Sul –

UNISC.

O Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos- CPTEC e o Instituto Nacional

de Pesquisas Espaciais - INPE além de disponibilizar informações de climatologia também

dispõe de dados referente à qualidade do ar.

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Figura 5: Temperatura do ar mínima, máxima e média entre 01/01/2008 e 01/12/2011.

Fonte: Agritempo – Estação INMET Rio Pardo

Figura 6: Precipitação pluvial entre 01/01/2008 e 01/12/2011.

Fonte: Agritempo – Estação INMET Rio Pardo

01 / 12

°C

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Figura 7: Temperatura do ar mínima, máxima e média entre 01/01/2011 e 01/12/2011.

Fonte: Agritempo – Estação INMET Rio Pardo

Figura 8: Precipitação pluvial entre 01/01/2011 e 01/12/2011.

Fonte: Agritempo – Estação INMET Rio Pardo

4.1.1 Dados Climatológicos da Estação Meteorológica do Departamento de

Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul –

Campus Central UNISC

Observaram-se dados entre os anos de 2005 e 2011, relacionando os índices de

precipitação média mensal, temperatura do ar média máxima e mínima em ºC e a umidade

relativa média do ar em %, Quadro 2.

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Quadro 2 – Dados climatológicos da Estação Meteorológica UNISC – Campus Central

entre 2005 e 2011.

Fonte: Estação Meteorológica UNISC; Professor Dr. Marcelino Hoppe.

O quadro demonstra chuvas bem distribuidas durante o ano característico do clima

subtropical úmido ou temperado. No período observado a precipitação média anual máxima

de 1863mm ocorreu em 2009 e mínima de 991mm ocorreu em 2006. As variações de

temperatura demonstram estações do ano razoavelmente bem definidas, característico do

estado do Rio Grande do Sul. Os dados demonstram que nossa região não apresenta índices

críticos em relação a precipitação.

ANO ÍNDICES JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ TOTAL

2005

Precipitação Média Mensal 89,9 18,8 79,8 153,2 161,3 64,8 41,9 107,4 180,1 224,0 58,7 65,3 1245,2

Temperatura Máxima Média - Celsius 32,5 31,5 30,5 24,6 22,8 22,5 20,3 22,8 19,7 23,4 28,6 29,7

Temperatura Mínima Média - Celsius 19,9 20,0 18,7 15,5 13,5 14,0 9,2 12,3 11,3 14,9 16,0 17,5

Umidade Relativa do Ar Média (%) 64,1 66,9 67,1 81 81,4 84,1 76,1 75,0 75,8 77,6 66,6 62,9

2006

Precipitação Média Mensal 150,1 84,3 34,8 41,3 92,7 51,8 87,6 57,4 104,4 93,5 150,4 43,4 991,9

Temperatura Máxima Média - Celsius 31,7 30,4 29,6 25,7 19,5 20,8 22,1 21,0 21,6 26,5 26,5 31,7

Temperatura Mínima Média - Celsius 20,9 19,7 18,5 14,6 10,0 11,1 12,8 10,0 10,5 15,8 16,4 20,4

Umidade Relativa do Ar Média (%) 71,1 71,4 71,0 75,0 80,0 81,6 78,7 74,4 75,1 72,0 71,4 68,3

2007

Precipitação Média Mensal 91,7 139,3 98,2 24,6 118,2 156,0 170,8 104,8 258,4 134,4 144,8 170 1611,2

Temperatura Máxima Média - Celsius 30,9 30,9 30,0 27,3 19,6 19,2 16,7 19,6 24,7 25,7 26,4 30,2

Temperatura Mínima Média - Celsius 20,7 20,1 21,1 17,1 10,4 10,6 7,6 9,5 15,0 16,9 14,2 18,7

Umidade Relativa do Ar Média (%) 71,1 70,7 79,1 77,8 81,3 78,4 76,3 77,1 75,5 75,7 69,4 68,4

2008

Precipitação Média Mensal 49,5 86,6 97,2 94,6 159,0 163,6 111,4 125,6 117,0 225,0 41,2 74,2 1344,9

Temperatura Máxima Média - Celsius 32,2 30,3 29,2 25,4 22,5 17,3 21,1 21,1 21,4 24,0 28,7 29,9

Temperatura Mínima Média - Celsius 18,8 19,9 19,2 14,2 11,9 9,0 12,6 10,7 10,9 15,4 17,5 18,5

Umidade Relativa do Ar Média (%) 69,2 72,4 75,0 76,2 81,3 81,0 77,8 72,7 76,2 68,5 68,3

2009

Precipitação Média Mensal 196,6 140,6 129,8 17,8 94,0 69,2 89,2 228,2 291,0 68,0 409,8 129,0 1863,2

Temperatura Máxima Média - Celsius 28,9 29,7 28,9 27,1 23,6 18,7 16,8 23,0 21,1 25,0 28,2 28,8

Temperatura Mínima Média - Celsius 19,0 20,2 19,2 15,0 12,7 8,3 7,0 11,3 13,3 14,3 19,7 20,0

Umidade Relativa do Ar Média (%) 71,6 74,2 76,9 73,2 77,3 79,5 77,8 76,1 79,2 72,0 80,2 72,8

2010

Precipitação Média Mensal 238,0 106,8 45,6 80,9 104,0 128,3 174,0 28,8 196,4 47,6 76,4 82,6 1309,4

Temperatura Máxima Média - Celsius 29,8 31,9 29,1 25,4 20,8 19,8 20,1 19,6 22,0 24,4 27,6 30,0

Temperatura Mínima Média - Celsius 21,1 21,6 20,0 15,1 13,3 11,0 9,9 10,5 13,0 13,6 15,6 18,7

Umidade Relativa do Ar Média (%) 75,3 72,5 73,8 74,8 84,4 81,6 78,9 76,0 75,2 71,7 66,3 68,6

2011

Precipitação Média Mensal 140,8 182,8 135,8 258,4 40,4 106,4

Temperatura Máxima Média - Celsius 32,3 29,5 27,7 25,9 21,1 18,4

Temperatura Mínima Média - Celsius 22,3 21,3 18,6 15,8 12,1 9,6

Umidade Relativa do Ar Média (%) 73,3 77,0 74,5 77,5 81,8 82,9

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4.1.2 Histórico da Pluviometria em Santa Cruz do Sul

Dados coletados entre 1914 e 1968 da Estação Santa Cruz do Sul do Serviço de

Meteorologia do Ministério da Agricultura, localizada a 29º43’ de Latitude Sul e 52º25’ de

Longitude Oeste, em uma altitude de 52,5 m, demonstram que o número médio de dias com

chuva no ano foi de 124,7. Segundo Hoppe (2005), os sete meses mais secos foi em junho a

dezembro de 1917 com 476,4 mm, e os sete meses mais chuvosos ocorreram de abril a

outubro de 1928 com 1.578,3 mm. O ano mais seco foi 1962 com total de 858,8 mm e o ano

mais chuvoso foi em 1941, com 2325,4 mm. De acordo com suas observações a ocorrência de

precipitações ao longo dos meses, na média, é bastante homogênea como mostra a Figura 9.

Precipitação pluvial média ( ), precipitação mensal mínima ( ), precipitação mensal máxima () em Santa Cruz do Sul (1914 – 1968).

Figura 9 – Precipitação pluvial média, mensal máxima e mínima.

Fonte: Elaborado por Dr. Marcelino Hoppe com dados da Estação Santa Cruz do Sul

do Serviço de Meteorologia do Ministério da Agricultura.

4.2 Ensaios de Desumidificação em Escala de Bancada

Após caracterização dos dados climatológicos foi considerada a etapa de

desumidificação do ar para obtenção de água potável. A Figura 10 mostra o arranjo

experimental para uso das garrafas PET de dois litros com área superficial de 0,08853 m²

contendo no seu interior água congelada.

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As garrafas foram fixadas com uma linha em uma barra metálica permanecendo com a

tampa para cima a fim de facilitar a fixação e eliminar o uso de acessórios. Todos os ensaios

foram realizados empregando duas garrafas.

Antes do congelamento as garrafas eram lavadas com detergente, água, álcool e água

deionizada e após dispostas no freezer do refrigerador. O período de congelamento das

garrafas era de 12 horas o que garantia o total congelamento da água. Para o congelamento foi

empregado um refrigerador tipo Duplex com consumo de 40kWh mês-1

; ao serem retiradas do

freezer as garrafas eram lavadas com água deionizada.

Cones de Imhoff e suporte foram empregados para armazenar a amostra durante o

experimento.

Figura 10: Condensação do ar através de superfície refrigerada empregando garrafas

PET.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Com a unidade de bancada foram verificados parâmetros operacionais e de controle do

sistema. Os parâmetros de controle envolveram a velocidade do vento admitido para

desumidificação, umidade relativa do ar, temperatura ambiente e temperatura de superfície e

taxa de desumidificação. A coleta de dados foram realizadas de hora em hora.

Os instrumentos de medição empregados foram:

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Termometro : FLUKE 62 MINI IR Thermometer;

Anemômetro: INSTRUTHERM termo-higro-anemômetro luxímetro digital

portátil Modelo THAL -300.

A fim de simular diferentes velocidade do vento foi empregado um mini ventilador de

12volts, 0,25 ampéres e 3 watts e um circulador de ar doméstico médio 220volts, 0,32

ampères e 70watt.

Os testes foram realizados em triplicata no período de 30/11/2011 a 16/01/2012.

4.3 Análise da Qualidade da Água

A água obtida por desumidificação foi caracterizada com os parâmetros de Matéria

Orgânica, pH, Turbidez, Condutividade, Coliformes totais e Escherichia coli.

Os parâmetros físico-químicos da água coletada foram analisados no Laboratório de

Tecnologia e Tratamento de Águas e Efluentes - LATTAE da UNISC.

A portaria 518/2004 do Ministério da Saúde relaciona o padrão microbiológico de

potabilidade de água para consumo humano nos parâmetros de Escherichia Coli ou coliforme

termotolerantes, Quadro 3.

Quadro 3: Padrão microbiológico de potabilidade de água para consumo humano.

Fonte: Portaria 518/2004 - Ministério da Saúde.

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A portaria recomenda que no sistema de distribuição o pH da água seja mantido entre

6,0 a 9,5. Na determinação do pH das amostras o método Potenciométrico foi adotado através

de um pHmetro.

O Quadro 4 demonstra os Valores Máximos Permitidos - VPM de turbidez para água

pós-filtração ou pré-desinfecção. Entre os 5% dos valores permitidos de turbidez superiores

aos VMP estabelecidos no Quadro 4, o limite máximo para qualquer amostra pontual deve ser

de 5,0 Unidade de Turbidez - UT, assegurado, simultaneamente, o atendimento ao VMP de

5,0 UT em qualquer ponto da rede no sistema de distribuição.

Quadro 4: Padrão de turbidez para água pós-filtração ou pré-desinfecção

Fonte: Portaria 518/2004 - Ministério da Saúde.

Para os parâmetros de turbidez foi empregado o Método Ótico através de um

turbidímetro.

A portaria não menciona valores máximos permitidos para Oxigênio Consumido - OC

e Condutividade. A determinação do oxigênio consumido fornece a quantidade de material

orgânico que é oxidável na amostra. Valores muito baixos de oxigênio consumido podem

indicar uma elevada carga de material orgânico na amostra o que pode favorecer o

desenvolvimento de espécies anaeróbicas responsáveis por odores indesejáveis.

O parâmetro de condutividade monitora os íons presentes nas amostras e indica a

pureza da água como é o caso de medições realizadas em água destilada e água deionizada.

Na determinação da condutividade, o Método Eletroqúimico foi adotado empregando

um condutivímetro.

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4.3.1 Coliformes Totais e Escherichia coli

A determinação de Coliformes totais e Escherichia coli empregou o método que

utiliza placas 3M TM

de PetrifilmTM

. As Placas 3M™ Petrifilm™ para Contagem de

Coliformes (CC) contêm nutrientes do meio Vermelho Violeta Bile (VRB), um agente

geleificante solúvel em água fria e um indicador tetrazólico que facilita a enumeração das

colônias. O filme superior retém o gás formado pelos coliformes fermentadores de lactose.

Após a preparação das amostras nas placas PetrifilmTM

deixar incubar em estufa

bacteriológica.

As primeiras leituras foram realizadas após 24 horas de incubação. Foram

contabilizadas as colônias vermelhas e azuis associadas com gás como sendo Coliformes

totais. Após foi contabilizado as colônias azuis associadas com gás como Escherichia coli.

Veja exemplo da Figura 11 onde são demonstradas as colônias vermelhas e azuis de uma

amostra contendo coliformes.

Figura 11: Exemplo de placas 3M TM

de PetrifilmTM

Fonte: Laboratório LATTAE – UNISC

Após 48 horas contabiliza-se as colônias azuis associadas ao gás e as soma com as

contabilizadas em 24 horas, este é o resultado de E. coli.

Para expressar os resultados foi necessário observar as diluições realizadas nas

amostras e determinar a eficiência, conforme indica o método, de acordo com o número de

colônias formadas.

Page 35: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

35

4.3.2 Determinação do Oxigênio Consumido - OC

As amostras da água coletada foram submetidas ao método permanganato – KMnO4

para determinação do oxigênio consumido. O método é indicado para amostras com baixos

índices de matéria orgânica.

Foi Pipetado 100 ml de amostra em um enlenmeyer de 250 ml, adicionou-se 10 ml de

ácido sulfúrico 1:3 e 10 ml de permanganato de potássio 0,0125N. Em outro enlenmeyer,

colocou-se 100 ml de água destilada, 10ml de ácido sulfúrico 1:3 e através de uma bureta, 10

ml de permanganato 0,125N (branco).

Os dois enlenmeyers foram colocados em banho maria durante exatamente 30

minutos. Por meio de uma bureta foi adicionado 10 ml da solução de oxalato de sódio

0,0125N em cada frasco tornando as soluções incolores.

Em seguida foi titulado uma solução de KMnO4 0,0125N até que uma cor rósea

permanente foi obtida. O volume gasto da solução foi empregado na expressão para

determinação do Oxigênio Consumido.

O teor de OC em p.p.m. emprega a seguinte expressão:

O.C.= [(K-N)] – [(k-n)] x100

Volume da amostra

Em que:

K= volume total em mililitros de KMnO4 , gasto de amostra, incluindo aquele

adicionado antes da ingestão;

N= volume em mililitros, de oxalato usado na amostra;

k= volume em mililitros de KMnO4 usado no branco;

n= volume em mililitros de oxalato usado no branco.

4.4 Configurações dos Sistemas de Desumidificação para Produção de Água

Potável

A configuração da fonte alternativa de água potável envolveu dois sistemas com uso

de energia solar: O Sistema Peltier e o Sistema Ice Maker. No sistema Peltier foram

concebidas e construídas unidade de fotodesinfecção inicial e unidade trocadora de calor com

base na célula de Peltier.

Page 36: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

36

Já o sistema ICE MAKER, possui um coletor de irradiação solar parabolóide e tubo

concêntrico com cloreto de cálcio e amônia. O sistema foi inspirado no modelo montado

conforme Vanek (1996). A unidade também apresentou possibilidade de combinar célula

fotovoltaica para suprimento de energias aos ventiladores de baixa potência (3 W), lâmpada

germicida (30 W) e sistema armazenador de água condensada. A unidade de condensação foi

projetada para manutenção da potabilidade com irradiação via colimador em comprimento de

onda de 254 nm.

4.4.1 Sistema Peltier

O projeto da unidade de desumidificação do ar com emprego de célula termoelétrica

de efeito Peltier, (Anexo A), apresenta particularidades especiais tais como o nível de

compactação do sistema e a capacidade de agregar funções no equipamento facilmente

operacionalizadas, Figura 12.

O sistema está dividido em cinco partes:

Fonte de alimentação

Painel elétrico

Unidade de captação de ar e esterilização de ar e água.

Unidade de armazenamento de água

Módulo de condensação

Page 37: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

37

Figura 12: Unidade de desumidificação do ar e desinfecção com emprego de célula

termoelétrica.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

O equipamento é abastecido por uma fonte chaveada para PC bivolt 110/220 de

400watt - 6A.

No painel elétrico é possível ligar e desligar o equipamento, controlar o acionamento

de ventiladores que auxiliarão na formação de condensado, acionar a bomba hidráulica para

retirada de água do sistema, controlar a velocidade do temporizador e acionar a lâmpada de

UV para desinfecção da água. Todos os componentes possuem luzes identificadoras de

funcionamento.

A unidade de captação de ar e esterilização de ar e água é formada por uma câmara

situada na parte inferior do equipamento. Um ventilador traseiro faz a coleta de ar para o

sistema e outro posicionado na entrada dos dutos que seguem para o módulo de condensação

maximiza o deslocamento de ar para aquele local.

Page 38: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Internamente uma lâmpada germicida ultravioleta – UV, 254nm, é posicionada a fim

de desinfetar o ar da câmara. É de conhecimento que lâmpadas UV são capazes de gerar

Ozônio em pequenas ou grandes quantidades conforme suas características construtivas. O

ozônio gerado pelas lâmpadas circulará pelos dutos do sistema proporcionando um ambiente

desinfetado na estrutura interna do equipamento.

A unidade de armazenamento de água é formada por um tubo de quartzo o qual

permite a passagem de raios UV. Conectado ao tubo de quartzo está à bomba hidráulica

responsável pela retirada de toda água do sistema de armazenamento.

A fim de intensificar a desinfecção por UV refletores de alumínio polido foram

posicionados em torno do tubo de armazenamento de água.

A placa termoelétrica (62x62 mm/120 watts/15,4 volts/14 ampères) está situada no

módulo de condensação. O Módulo é formado por uma caixa de poliestireno expandido -

EPS, pastilha Peltier, dissipadores de alumínio, ventilador, reservatório plástico e funil.

A pastilha Peltier é inserida na tampa da caixa de EPS que serve de isolamento

térmico da face quente e fria da pastilha. Na parte superior da tampa é posicionado um

dissipador de alumínio disposto em contato com a parte quente da pastilha. Sobre o mesmo

são fixados dois ventiladores que auxiliam na dissipação do calor do lado quente.

Internamente, em contato com o lado frio da pastilha, outro dissipador de alumínio é

fixado. Neste elemento ocorre a condensação da água. A água condensada é armazenada na

unidade de armazenamento formada pelo tubo de quartzo.

Os materiais empregados na elaboração do sistema foram selecionados a fim de

permitir uma fácil usinabilidade, custos reduzidos e fácil reciclagem. O alumínio foi

amplamente empregado em elementos estruturais e acabamentos.

4.4.1.2 Configurações de Células Termoelétricas

A fim de testar uma configuração alternativa de células termoelétricas foi elaborado

um protótipo, (Figura 13), para colocação de duas pastilhas de 62x62 mm sobrepostas.

O sistema consiste em uma chapa de alumínio onde são fixadas sob a mesma duas

pastilhas. Um ventilador fará a dissipação do calor no lado mais quente.

O protótipo possibilitou uma série de testes de funcionamento da célula termoelétrica.

Diferentes tensões e intensidades de corrente foram submetidas a fim de averiguar o

Page 39: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

39

desempenho das pastilhas e a formação de condensação. Aplicou se uma tensão de 01 a 08

volts nas células o que possibilitou registrar a intensidade de corrente e calcular a potência

elétrica e o consumo de energia.

Figura 13: Protótipo para teste de configurações de pastilhas termoelétricas.

Fonte: Acervo – Eliezer Henker

Com o propósito de testar a pastilha termoelétrica considerando somente sua área do

lado frio como superfície de condensação, cerca de 3,844x10-3

m² um sistema simplificado foi

montado sobre a bancada. Na Figura 14 é possível visualizar o termômetro digital empregado

nas medições, a fonte de tensão de corrente contínua - CC de 30 ampères com amperímetro e

voltímetro digital ajustável, a fonte auxiliar de corrente contínua para funcionamento dos

ventiladores e o multímetro digital para efetuar medidas elétricas.

Protótipo Fonte CC

Ventilador

Page 40: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

40

Figura 14: Formação de gelo e orvalho em configuração de duas células termoelétrica

sobrepostas.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

O experimento empregou dois ventiladores de 12 volts e 0,24 ampères cada e uma

fonte de tensão adicional para fornecer energia aos ventiladores.

Testes com um segundo modelo de célula termoelétrica de dimensões menores com

cerca de 1,6x10-3

m² de área na superfície de condensação foram realizados nas configurações

simples e sobrepostas, Figura 15.

Termômetro

Digital

Multímetro Fonte CC auxiliar

Fonte CC

Célula Termoelétrica

Ventilador

Dissipador

Page 41: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

41

Figura 15: Experimentação de duas células termoelétricas sobrepostas de 40x40mm.

Fonte: Acervo – Eliezer Henker

4.4.2 Sistema ICE MAKER

O projeto Gerador de Gelo com Energia Solar (ICE MAKER) teve por objetivo

utilizar o ciclo dia/noite para geração de gelo a partir da Amônia.

O projeto foi subdividido em quatro partes:

Refletor Parabolóide

Cápsula Geradora

Serpentina condensadora

Tanque térmico

Inicialmente foi elaborado um croqui para um projeto piloto de um sistema compacto

de desumidificação com emprego de NH3, Figura 16, para somente posterior construção em

escala maior do sistema regenerativo de compressão e descompressão de NH3. O projeto

Multímetro Digital

Ventilador

Dissipador

Célula Termoelétrica

Fonte CC

Fonte CC auxiliar

Page 42: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

42

previa um sistema de dimensões reduzidas capaz de ser inserido em uma capela de

laboratório; o aquecimento se daria através de uma manta térmica.

Figura 16: Projeto inicial de Sistema regenerativo de compressão e descompressão de

NH3.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Page 43: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

43

O projeto em escala de bancada não foi construído, pois foi evidenciada a

inviabilidade de construção de dois sistemas semelhantes tanto economicamente como

também em relação ao cumprimento dos prazos por parte dos fornecedores.

Passou-se assim a elaboração de esboços para determinar características de projeto e

particularidades do sistema construído, (Anexo B).

O refletor parabolóide tem por objetivo concentrar os raios solares na Cápsula

Geradora, Figura 17.

Figura 17: Projeto ICE MAKER – Identificação das partes.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Confeccionado em estrutura de aço carbono SAE1008 40 mm x 40 mm, com

dimensões externas de dois metros de profundidade, 1,5 metros de altura e 4,5 metros de

comprimento. O sistema parabólico é fixado sobre mancais fixos nos cavaletes laterais

permitindo assim sua mobilidade e regulagem para reflexão e concentração dos raios solares

sobre a cápsula geradora. Inicialmente o projeto previa que a região de reflexão seria

confeccionada em chapa de aço inox polida ou alumínio polido. Em virtude do elevado custo

dos materiais, o refletor parabolóide foi confeccionado em alumínio opaco, reduzindo assim

Refletor Paraboloide

Serpentina Condensadora

Mancal

Cavalete

Cápsula Geradora

Caixa Térmica

Tanque Térmico

Page 44: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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sua eficiência na reflexão dos raios solares. Futuramente será possível providenciar o

polimento da região refletora a fim maximizar a eficiência de reflexão.

A estrutura externa do sistema parabólico possui moldura em aço carbono que permite

a colocação de vidro sobre a mesma. A colocação de vidro tem por objetivo proporcionar o

efeito estufa no sistema diminuindo assim o tempo de ciclo e a eficiência em dias nublados.

A cápsula geradora, Figura 17, tem por objetivo armazenar o dessecante cloreto de

cálcio – CaCl2 empregado no sistema. Durante o dia é aquecida pelos raios solares o que

ocasiona um aumento de pressão interna do sistema.

A cápsula é confeccionada em tubo de aço carbono para alta pressão de três polegadas

de diâmetro, por quatro metros de comprimento. O sistema prevê conexões e registros para

alta pressão, união em aço carbono, manômetro em inox com escala até 2000 psi, dois acessos

com registro para realização de vácuo e abastecimento de amônia e registro principal. A

pressão interna do sistema pode ultrapassar 200 psi ou seja 13,6 Atm.

A serpentina condensadora, Figura 17, tem por objetivo condensar o gás de amônia

proveniente da cápsula geradora. A serpentina é confeccionada em tubo de aço carbono para

alta pressão de 0,5 polegada de diâmetro. Na entrada possui niple para acoplamento junto a

união da cápsula geradora e registro. A serpentina é confeccionada em segmentos de tubo de

aço carbono e joelhos para alta pressão. A serpentina localiza-se dentro de uma caixa térmica

que pode assumir a função de reservatório. A saída da serpentina do reservatório previu flange

com vedação. Ao final da serpentina tem registro e união para acoplamento do tanque

térmico.

O tanque térmico, Figura 17, é confeccionado em chapa galvanizada, possui camada

interna de Poliestireno expandido, EPS, de quatro centímetros de espessura. O tanque térmico

possui tampa de EPS revestida de chapa galvanizada. No seu interior tem uma bandeja em

inox de 50 mm de altura que ocupa toda a área interna inferior do tanque; neste local há o

recolhimento do vapor de água condensado. A bandeja é posicionada com inclinação de 5

graus.

Em um dos lados da bandeja é fixada uma torneira metálica que transpassa o tanque

térmico ficando do lado externo. Um apoio em Inox dá sustentação ao tanque de

armazenamento de amônia.

Page 45: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

45

O tanque de armazenamento de amônia é confeccionado em tubo de aço carbono para

alta pressão de 3 polegadas de diâmetro. Possui tampão em uma das extremidades e na outra

possui redução, registro e niple para acoplamento na união da serpentina condensadora. Sua

função é armazenar a amônia liquefeita no ciclo noturno.

O tubo de 3 polegadas de diâmetro contém aletas de alumínio que favorecerá a troca

de calor no ciclo noturno. Em uma das laterais da caixa térmica, na parte superior, possui

abertura onde é fixo um ventilador que auxiliará a formação de condensado de ar sobre as

aletas de alumínio.

O sistema prevê um ventilador acionado por relé fotovoltaico no período noturno. O

fornecimento de energia é disponibilizado por uma fonte de tensão de 12 volts e 2 ampères,

alimentado por baterias carregadas através de energia solar por intermédio de células solares

fotovoltaicas.

O sistema ICE MAKER está localizado na Central de Tratamento de Resíduos –

CETER no campus universitário central da UNISC. No local há disponibilidade de radiação

solar durante todo o dia, possui cercamento de suas dependências e acesso restrito de pessoas

no local e que favorece o manuseio do equipamento e a coleta de dados, Figura 18.

Figura 18: ICE MAKER na CETER-UNISC

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Page 46: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

46

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Aspectos Climatológicos

A temperatura de ponto de orvalho é um fator chave no dimensionamento de sistemas

de desumidificação para obtenção de água através da condensação. Os sistemas propostos

idealizados buscam na sua concepção apresentar a superfície de condensação com

temperatura abaixo do ponto de orvalho, minimizando assim problemas de ausência de

condensação.

Considerando que as precipitações anuais são satisfatórias na região e a umidade

relativa do ar média anual fica entre 65 a 85% e a faixa de temperatura média mínima e

máxima se concentra entre 5 a 35°C; a temperatura do ponto de orvalho poderá oscilar entre

-1 e 32°C. Sob esSa perspectiva o regime de trabalho dos sistemas desumidificadores

propostos tem na sua superfície de condensação temperaturas abaixo do ponto de orvalho

considerando a umidade relativa do ar e a temperatura ambiente no local do experimento.

Durante as observações experimentais ficou evidente uma pequena variação da

temperatura e umidade relativa do ar durante o tempo de coleta, fato comum em se tratando

de climatologia, pois durante o dia há uma oscilação de temperatura ambiente e da umidade

relativa do ar. Durante o dia quando a temperatura máxima é atingida, a umidade relativa será

mínima e quando a temperatura do ar atingir a temperatura do ponto de orvalho a umidade

relativa será máxima, ou seja, 100% e poderá haver condensação.

A partir da tabulação dos dados da estação meteorológica da UNISC foi possível a

elaboração da Figura 19, demonstrando as precipitações médias mensal entre os anos de 2005

e 2011. As precipitações dependem de muitas variáveis entre elas as frentes frias, condições

de relevo, pressão atmosférica, temperatura do ar, direção e velocidade dos ventos enquanto

que a umidade relativa é inversamente correlacionada com temperatura do ar.

As curvas de temperatura média mínima e máxima do período, Figura 20 e 21, exibem

a normalidade do ciclo das estações do ano – verão/ outono/ inverno/ primavera. A Figura 22

demonstra a variação da umidade relativa média durante o ano e informa que no período do

inverno, quando as temperaturas são mais baixas, a umidade relativa do ar é maior.

Sistemas desumidificadores que interpretam esses dados de entrada, tais como, a

temperatura da face fria, temperatura ambiente e umidade relativa podem economizar energia

no seu funcionamento, adequando a temperatura da superfície fria do sistema para que a

temperatura não fique muito abaixo da temperatura de ponto de orvalho.

Page 47: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

47

Assim a eficiência do sistema e a redução do consumo energético é mais apropriada.

Figura 19: Precipitação Média Mensal em milímetros do Campus Universitário de

Santa Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011

Fonte: Dados coletados da Estação Meteorológica Campus Central UNISC.

Figura 20: Temperatura Máxima Média em Celsius do Campus Universitário de Santa

Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011

Fonte: Dados coletados da Estação Meteorológica Campus Central UNISC.

0 45 90

135 180 225 270 315 360 405 450

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Pre

cip

itaç

ão -

(m

m)

Precipitação Média Mensal

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

15

20

25

30

35

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Tem

pe

ratu

ra -

(⁰C

)

Temperatura Máxima Média

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Page 48: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

48

Figura 21: Temperatura Mínima Média em Celsius do Campus Universitário de Santa

Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011

Fonte: Dados coletados da Estação Meteorológica Campus Central UNISC.

Figura 22: Umidade Relativa do Ar Média em % do Campus Universitário de Santa

Cruz do Sul -UNISC no período de janeiro de 2005 a junho de 2011

Fonte: Dados coletados da Estação Meteorológica Campus Central UNISC.

5

10

15

20

25

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Tem

pe

ratu

ra -

(⁰C

) Temperatura Mínima Média

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

60

65

70

75

80

85

90

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Um

idad

e R

ela

tiva

- %

Umidade Relativa do Ar Média - (%)

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Page 49: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

49

5.2 Resultados dos Ensaios de Desumidificação em Escala de Bancada.

Os experimentos realizados sem a presença de vento levou em consideração a área

superficial de duas garrafas de PET totalizando 0,177m² e o tempo de amostragem em horas,

Tabela 1. A energia consumida para congelar as garrafas PET foi de 0,66kWh para cada 12

horas de congelamento.

Empregando a velocidade do vento de 1,2 km h-1

a produção de água através da

condensação nas garrafas PET é acentuada, Tabela 2. Essa velocidade foi alcançada

empregando um mini ventilador de 12 volts e 0,25 ampéres. Para esta situação o consumo de

energia elétrica foi de 0,68 kWh para cada coleta.

Tabela 2: Teste com a presença de vento de 1,2 km/h

Data

Duração

(h)

Temp. média

da superfície

da garrafa

(°C)

Temp.

Ambiente

média (C°)

UR média

(%)

Volume

coletado (L h

-1m

-2)

23/12/2012 05:00 7,00 28,32 47,65 0,16

10/1/2012 05:00 7,45 28,72 50,02 0,18

12/1/2012 05:00 9,89 27,43 57,62 0,23

Os testes experimentais com a velocidade do vento de 8,5 km h-1

empregando um

ventilador doméstico tipo circulador de 220 volts, 0,3 ampéres e 70 watts teve um aumento

considerável da produção de água conforme demonstra a Tabela 3. Neste caso é necessário

considerar que o consumo total de energia elétrica é de aproximadamente 1,0 kWh.

Tabela 1: Teste sem presença de vento

Data

Duração

(h)

Temp. média

da superfície da

garrafa (°C)

Temp.

Ambiente

média (C°)

UR média

(%)

Volume

coletado

(L h-1

m-2

)

30/11/2011 04:00 5,47 27,84 56,8 0,14

1/12/2011 05:00 5,93 24,05 44,6 0,04

2/12/2011 05:00 6,00 25,85 45,8 0,06

Page 50: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

50

Tabela 3: Teste com a presença de vento de 8,5 km/h

Data

Duração

(h)

Temp. média

da superfície

da garrafa

(°C)

Temp.

Ambiente

média (C°)

UR média

(%)

Volume

coletado (L h

-1m

-2)

11/1/2012 05:00 17,00 29,68 53,03 0,23

13/1/2012 05:00 14,12 25,03 72,28 0,34

16/1/2012 05:00 12,05 25,50 65,47 0,31

A máxima produção de condensado aquoso foi no dia 13/01/2012 onde a temperatura

média observada no local do experimento ficou em 25,03 °C, a umidade relativa média era de

72,28% e a velocidade do vento era de 8,5 km h-1

.

O total de volume coletado foi de 0,34 L h-1

m-2

com um consumo energético de

1,0kWh. Nesta situação a temperatura do ponto de orvalho estava próxima de 18°C e a

temperatura na superfície fria das garrafas estava em média 14,12°C no período de coleta.

5.3 Determinação da Qualidade da Água nas Amostras do Sistema em Escala de

Bancada

As análises parciais da qualidade da água obtida por desumidificação no sistema em

escala de bancada não apresentaram vestígios de coliformes totais e Escherichia coli no testes

em triplicata realizados com placas 3M TM

de PetrifilmTM

com incubação de 24 e 48 horas,

Figuras 23 e 24.

Figura 23: Placas 3M TM

de PetrifilmTM

com diluição da amostra de 10 e 100 vezes

com incubação de 24 horas.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Page 51: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

51

Figura 24: Placas 3M TM

de PetrifilmTM

com diluição da amostra de 10 e 100 vezes

com incubação de 48 horas.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Na preparação dos experimentos em bancada, logo após a retirada das garrafas PET do

freezer foi efetuado a lavagem da garrafa com água deionizada. Está água também foi

submetida à análise para determinação do oxigênio consumido.

Os parâmetros de oxigênio consumido empregando o Método Permanganato – KMnO4

demonstram índices baixíssimos de matéria orgânica presente na água de lavagem das

garrafas PET e das amostras, Tabela 4, o que indica baixos índices de microrganismos

presente na água coletada.

Tabela 4: Oxigênio Consumido – O.C.

Data

Água de lavagem

(mg L-1

)

Amostra 1

(mg L-1

)

Amostra 2

(mg L-1

)

13/01/2012 4,0 3,4 3,3

16/1/2012 3,4 3,9 8,7

17/1/2012 3,3 4,6 7,0

Na realização dos testes de pH, turbidez e condutividade foram analisadas as amostras

de cada garrafa do experimento.

As medições de pH estão dentro dos valores máximos permitidos pela portaria

518/2004 do Ministério da Saúde porém é identificado alguns casos de alcalinidade mais

acentuada como mostra as Tabela 5 e 6 na data de 12/01/2012 onde o pH das amostras

ficaram em 8,2.

Page 52: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Tabela 5: pH, Turbidez e Condutividade da garrafa 1

Data pH

Turbidez

(UT) Condutividade

(µs cm-¹)

Dia 12/01/2012 (c/vento: 1,2 km/h) 8,20 0,85 42,20

Dia 11/01/2012 (c/vento: 8,5 km/h) 7,80 0,56 20,49

Dia 13/01/2012 (c/vento: 8,5 km/h) 6,80 0,39 12,50

Dia 16/01/2012 (c/vento: 8,5 km/h) 7,58 0,38 55,50

Tabela 6: pH, Turbidez e Condutividade da garrafa 2

Data pH

Turbidez

(UT) Condutividade

(µs cm-¹)

Dia 12/01/2012 (c/vento: 1,2 km/h) 8,20 0,74 57,50

Dia 11/01/2012 (c/vento: 8,5 km/h) 7,90 0,67 19,41

Dia 13/01/2012 (c/vento: 8,5 km/h) 7,19 0,40 15,85

Dia 16/01/2012 (c/vento: 8,5 km/h) 7,58 0,84 24,50

A turbidez é um parâmetro que varia com a quantidade de sedimentos não dissolvidos

suspensos na água. Neste caso quanto maior a quantidade de material particulado em

suspensão maior será a Unidade de Turbidez - UT da amostra. Os experimentos

demonstraram baixíssimos valores de UT nas amostras conforme Tabelas 5 e 6 estando de

acordo com os valores máximos permitidos pela portaria 518/2004 do Ministério da Saúde.

Os índices de condutividade da água servem para verificar a pureza, concentrações

minerais e o teor de substâncias iônicas dissolvidas. Portanto, quanto menor a condutividade

medida da água mais pura ela pode ser considerada. Nas amostras relacionadas nas Tabelas 5

e 6 os valores de condutividade podem ser considerados baixos, o que indica pouca

concentração mineral e baixos teores de substâncias iônicas dissolvidas.

5.4 Resultados dos Ensaios com Células Termoelétricas de Efeito Peltier

Estudos preliminares apontaram para o emprego de PWM - Pulse-Width Modulation

(Modulação da largura de Pulso) para controlar a corrente elétrica nas pastilhas Peltier, Figura

25. O uso dessa tecnologia é empregado para variar a entrega de potência em determinada

carga fazendo com que haja um controle de corrente elétrica ora ligada, ora desligada,

provocando uma queda de tensão muito baixa no circuito.

Page 53: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Esse sistema permite controlar o fluxo de corrente através de um potenciômetro ou

microcontrolador. Também é possível a redução do consumo energético tendo em vista o

fornecimento de corrente elétrica ser através de pulsos e não continuamente.

O módulo PWM deve permitir a circulação de corrente de 14 ampères com base no

modelo de célula termoelétrica empregada.

Entretanto a elaboração de um sistema PWM capaz de suportar a carga de 120Watt

tornou-se um elemento especial de difícil construção para o protótipo; um temporizador de

um a quinze segundos para controlar o ligamento e desligamento da célula foi utilizado no

experimento.

Figura 25: PWM para 1Ampère

Fonte: Acervo Eliezer Henker

O teste experimental empregando o protótipo permitiu testar o sistema com uma ou

duas células termoelétricas. O objetivo do teste foi verificar a relação tensão/corrente, o

consumo e possível formação de orvalho do sistema, Figura 26.

Page 54: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Figura 26: Pastilha Peltier – configurações de montagem do protótipo.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

Aplicou-se a tensão de um a oito volts na célula termoelétrica verificando assim a

intensidade de corrente consumida pelo sistema. A configuração aplicada foi de duas pastilhas

sobrepostas . Os intrumentos empregados foram uma fonte de tensão de corrente contínua

modelo DC Instrutherm FA2030 com capacidade de 30 ampères a 24 volts, um multímetro

digital modelo Minipa ET2037 e um anemômetro Instrutherm termo-higro-anemômetro

luxímetro digital portátil Modelo THAL -300.

Com os dados coletados foi possível verificar a intensidade de corrente para cada volt

de tensão fornecida ao sistema e calcular a potência elétrica consumida bem como o consumo

em kWh como é demonstrado na Tabela 7. Nas medições realizadas do protótipo

desconsiderou-se o consumo dos ventiladores de arrefecimento. Na ocasião a temperatura

ambiente estava em 30°C.

Tabela 7: Medições realizadas no protótipo com pastilhas sobrepostas.

Tensão (V) Corrente (A) Potência (W) Consumo (kWh)

1 1,2 1,2 0,0012

2 2,6 5,2 0,0052

3 3,8 11,4 0,0114

4 5,2 20,8 0,0208

5 6,3 31,5 0,0315

6 7,6 45,6 0,0456

7 8,8 61,6 0,0616

8 9,8 78,4 0,0784

Vista em perspectiva Vista lateral

Page 55: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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O sistema testado não apresentou formação considerável de orvalho, somente uma

superfície levemente úmida. A área de condensação neste caso era de 0,25m², a umidade

relativa do ar era de 80%. Neste experimento não foi realizado medições de temperatura no

lado frio da pastilha devido à reduzida condensação presenciada.

A fim de verificar a temperatura da superfície fria da pastilha termoelétrica um sistema

foi montado sobre a bancada com duas pastilhas sobrepostas. No lado quente foi fixado um

dissipador de alumínio e dois ventiladores, Figura 27. Os ventiladores foram acionados por

uma fonte de tensão de corrente contínua de 12 volts e 2 ampères; cada ventilador tem

potência de 3watts.

Figura 27: Sistema sobre bancada de pastilha termoelétrica sobreposta.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

A Tabela 8 apresenta os dados coletados em relação à tensão, intensidade de corrente,

potência elétrica, consumo em kWh e temperatura do lado frio da pastilha termoelétrica de

dimensões 62x62 mm. Neste caso houve a formação de gelo e orvalho imediatamente após o

sistema ser ligado. A temperatura mínima medida foi de -13°C.

O experimento foi limitado a uma tensão de 8 volts devido à capacidade do

termômetro em medir temperaturas inferiores a -15°C. O termômetro empregado foi o

termômetro digital marca/modelo Minipa MT-360.

Dissipador

Célula Peltier

Superfície com

condensação

Ventilador

Gotas de

orvalho

Page 56: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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De acordo com as especificações técnicas da pastilha termoelétrica o gradiente de

temperatura entre a face quente e fria é de 67°C para uma intensidade de corrente máxima de

14 ampères e uma tensão máxima de 15,4 volts. Nessas condições mantendo a temperatura do

lado quente em 40°C teoricamente chegaríamos a uma temperatura de -27°C no lado frio da

pastilha.

O consumo energético total do sistema, empregando 8 volts e 10,4A é de cerca de

0,0892 kWh considerando os ventiladores de arrefecimento; a área de condensação é somente

a área do lado frio da pastilha, cerca de 3,844 x 10-3

m2.

Tabela 8: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas 62x62 mm

Tensão (V) Corrente (A) Potência (W) Consumo (kWh) Temperatura no

lado frio (°C)

1 1,0 1,0 0,0010 20,0

2 2,3 4,6 0,0046 13,5

3 3,7 11,1 0,0111 5,0

4 5,2 20,8 0,0208 0,0

5 6,4 32,0 0,0320 -5,0

6 7,9 47,4 0,0474 -9,0

7 9,4 65,8 0,0658 -9,0

8 10,4 83,2 0,0832 -13,0

Nos testes experimentais com pastilhas termoelétricas de dimensões menores, 40x40

mm, Figura 28, o consumo máximo do sistema foi de 35 x 10-3

kWh. Nestes testes com

somente uma pastilha não foi necessário o emprego de ventilador para arrefecimento, o

dissipador de alumínio foi suficiente para a temperatura do lado quente não ultrapassar a

temperatura máxima de trabalho da pastilha. No lado frio houve formação de condensado

aquoso.

Page 57: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Figura 28: Sistema sobre bancada de pastilhas termoelétrica 40x40mm.

Fonte: Acervo Eliezer Henker

As Tabelas 9 e 10 demonstram os dados coletados nas duas configurações proposta

nos experimentos. A pastilha 40x40 mm tem uma área de 1,6 x10-3

m2. Para a montagem do

sistema com pastilhas termoelétricas sobrepostas o consumo de energia foi de 81 x 10-3

kWh

considerando um ventilador de 12 volts e 0,25 ampères para o arrefecimento. Neste

experimento houve a formação de gelo e condensado aquoso no lado frio da pastilha.

Tabela 9: Medições realizadas em bancada com pastilha 40x40 mm

Tensão (V) Corrente (A) Potência (W) Consumo kWh

1 0,2 0,2 0,0002

2 0,6 1,2 0,0012

3 1,0 3,0 0,0030

4 1,4 5,6 0,0056

5 1,8 9,0 0,0090

6 2,2 13,2 0,0132

7 2,5 17,5 0,0175

8 2,9 23,2 0,0232

9 3,2 28,8 0,0288

10 3,5 35,0 0,0350

Montagem simples – uma pastilha Montagem sobreposta – duas pastilha

Page 58: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40 mm

Tensão (V) Corrente (A) Potência (W) Consumo kWh

1 0,7 0,7 0,0007

2 1,5 3,0 0,0030

3 2,5 7,5 0,0075

4 3,4 13,6 0,0136

5 4,2 21,0 0,0210

6 5,0 30,0 0,0300

7 5,8 40,6 0,0406

8 6,4 51,2 0,0512

9 7,0 63,0 0,0630

10 7,6 76,0 0,0760

5.5 Construção de Sistema de Desumidificação para Geração de Água Potável

com Uso de Célula Termoelétrica.

O sistema projetado, ANEXO A, para geração de água potável com o emprego de

células termoelétricas, apresentou um custo relativamente baixo em torno de R$1200,00 com

a unidade de desinfecção. É possível construir um sistema simplificado sem a unidade de

desinfecção ao custo de R$400,00.

A concepção do sistema desumidificador com uso de célula termoelétrica procurou

empregar materiais de baixo custo. Na sua construção empregaram-se materiais tais como:

alumínio, aço, plásticos diversos, fios de cobre, placas de circuito eletrônicos, componentes

eletrônicos e lâmpada.

Um amplo estudo experimental de configurações empregando pastilhas Peltier foi

realizado, bem como, definir as propriedades termodinâmicas que apresentaram resultados

satisfatórios na obtenção de água. As pastilhas sobrepostas de 62x62 mm foram empregadas

no equipamento.

No equipamento foram inseridos dois ventiladores para obter uma ventilação

satisfatória no lado frio da pastilha para a formação do condensado aquoso. O equipamento

permite o acionamento individual dos ventiladores podendo assim variar a velocidade do

vento na câmara de condensação. Através dos testes realizados é necessário acionar os dois

ventiladores para obter uma maior formação de condensado aquoso, Figura 29.

Page 59: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Figura 29: Vistas com corte parcial do equipamento com célula termoelétrica.

Fonte: Projeto Eliezer Henker

No equipamento a área de condensação considerada foi a área da pastilha

termoelétrica no lado frio, cerca de 3,844 x 10-3

m2. A tensão destinada às pastilhas foi de 10

volts e a intensidade de corrente de 6,6 ampères.

O equipamento fornece tensões de 10, 12 e 220 volts. Para a tensão de 12 volts, a

potência total foi de 25 watts (ventiladores e lâmpadas indicadoras), quando acionado a

bomba hidráulica há um acréscimo de 24 watts; para a tensão de 220 volts a potência total foi

de 11 watts (lâmpada germicida e lâmpadas indicadoras).

O Quadro 5 relaciona os dados coletados empregando o sistema de desumidificação

com célula termoelétrica. Aparentemente os melhores resultados demonstram que o volume

de água coletado pode chegar a 2,6 L m-2

h-1

com uma umidade relativa do ar de 80% e vento

na faixa de 7 km h-1

, porém, o consumo energético pode chega a 7,92 kWh para cada litro de

condensado aquoso nessas condições.

Page 60: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA · PDF fileFigura 4: Carta Psicrométrica ... Tabela 10: Medições realizadas em bancada com pastilhas sobrepostas de 40x40mm 58 . 11 Lista

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Quadro 5: Dados relacionados empregando pastilha termoelétrica sobreposta de

62x62mm.

Fonte: Elaborado por Eliezer Henker

Observa–se que o controle da temperatura do ponto de orvalho é um fator

determinante para redução do consumo energético tendo em vista que durante os

experimentos não houve esse controle e a célula esteve sempre com a temperatura do lado frio

em torno de -13°C, bem abaixo da temperatura do ponto de orvalho que era de

aproximadamente 21°C.

Com umidades relativas em torno de 60% e temperatura ambiente de 29,9°C a

produção em volume de água fica em torno de 1,39 L m-2

h-1

com um consumo energético de

12,51 kWh.

5.6 Construção de Sistema de Desumidificação para Obtenção de Água Potável

com Uso de NH3 e CaCl2 - ICE MAKER

O sistema, ICE MAKER, ANEXO C, proposto por Vanek, (1996) está em fase de

testes na Estação de Tratamento de Resíduos - CETER no campus central da Universidade de

Santa Cruz do Sul. . Detalhes específicos, referentes à sua construção, apresentam uma

Dados Coleta

1 Coleta

2 Coleta

3 Coleta

4 Coleta

5 Coleta

6

Tempo de coleta (h) 2 8 2 3 6 12

Volume total coletado (L) 0,020 0,041 0,008 0,010 0,032 0,050

Volume total coletado por Hora (L/h) 0,01000 0,00513 0,00400 0,00333 0,00533 0,00417

Temperatura ambiente (°C) 25,0 30,7 27,3 31,7 28,9 29,3

Temperatura do ponto de orvalho (°C) 21,0 20,6 21,0 21,0 21,0 21,0

Umidade Relativa (%) 80,0 59,5 70,0 55,0 60,0 63,0

Potência Total (Watt) 79,2 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7

Consumo (kWh) 0,0792 0,0667 0,0667 0,0667 0,0667 0,0667

Velocidade do vento no condensador (km/h)

7,0 16,5 16,5 16,5 16,5 12,5

Consumo energético teórico para formação de 1 litro de condensado aquoso (kWh)

7,92 13,01 16,68 20,01 12,51 16,01

Produção teórica de condensado aquoso por hora em 1,0 m² de células peltier (L)

2,60 1,33 1,04 0,87 1,39 1,08

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logística diferenciada e preocupações adicionais devido ao perigo ocupacional de operação

com NH3.

O conjunto composto por refletor parabolóide, cápsula geradora, serpentina

condensadora e o tanque térmico estão finalizados. O sistema ICE MAKER emprega na sua

construção aço e alumínio de maneira geral, também utiliza para funcionamento a NH3 e

CaCl2.

Para operação, o sistema ICE MAKER necessita somente de radiação solar durante o

dia, entretanto para maximizar o rendimento de produção de água, um ventilador deverá ser

inserido no sistema. Testes com o ângulo de inclinação do parabolóide são necessários para

determinação do melhor aproveitamento da energia solar para aquecimento da cápsula

geradora.

Os raios solares aquecem o tubo gerador onde contém a amônia e o cloreto de cálcio;

com a elevação da temperatura aumentará a pressão interna do tudo fazendo com que a

amônia passe pela serpentina onde haverá troca de calor com o meio exterior arrefecendo o

gás de amônia e condensando-o. Durante o dia a amônia líquida fica armazenada no

reservatório localizado no tanque térmico. Com a chegada da noite o tubo gerador resfria e a

amônia faz a passagem inversa no sistema. Este retorno se dá devido ao CaCl2 ser um agente

dessecante altamente absorvente e a pressão interna do sistema cair devido a diminuição de

temperatura, com isso, a amônia retira calor do meio no tanque térmico fazendo com que a

superfície das aletas fiquem resfriadas para formar gelo e condensação.

Recipientes contendo água estão posicionados internamente no tanque térmico a fim

de congelar e gerar condensado aquoso no período do dia.

Medições pontuais verificaram 120°C na parede da cápsula geradora quando há

alinhamento dos raios solares com o refletor parabolóide sobre a cápsula geradora. Ensaios

verificando a abertura de válvulas do circuito estão sendo propostas para determinar o melhor

funcionamento do sistema.

O volume total da tubulação do sistema é de 2,26 x 10 -2

m3; a massa presente de NH3

é de 4,5 Kg e a massa de CaCl2 é de 3 kg. O cloreto de cálcio, por ser um sal, apresenta

propriedade corrosiva para o sistema, o que demandará manutenções periódicas. Uma cápsula

elaborada por tela de nylon servirá de suporte para o sal a fim de minimizar o contato com a

superfície interna da tubulação de aço.

O sistema de desumidificação ICE MAKER tem um custo aproximado de R$ 9.000,00

e demandará de manutenções periódicas envolvendo pintura e conservação das conexões bem

como a eliminação de eventuais vazamentos. O sistema poderá sofrer modificações para que o

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ciclo noite seja induzido até três vezes durante o dia para que a quantidade de condensado

aquoso seja maior.

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6 CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES

A região analisada pela pesquisa climatológica apresenta bons índices de umidade

relativa do ar. Nos períodos noturnos e o início da manhã são mais propícios para obtenção de

água, tendo em vista, que a temperatura ambiente decresce e há uma elevação da umidade

relativa do ar. Se comparado o local da pesquisa com regiões semiáridas e áridas, as

estratégias de obtenção de água, através de sistemas não convencionais, como é o caso do

emprego da célula termoelétrica, têm certa vantagem de operacionalização em nossa região.

A concepção do sistema desumidificador com uso de célula termoelétrica procurou

empregar materiais de baixo custo e facilmente aceitos no mercado de recicláveis. A sua

construção emprega materiais como: alumínio, aço, plásticos diversos, cobre, placas de

circuito eletrônicos, componentes eletrônicos e lâmpada.

Os custos do projeto empregando pastilhas Peltier ficaram em torno de R$1.200,00

com a unidade de desinfecção. É possível construir um sistema simplificado sem a unidade de

desinfecção ao custo de R$ 400,00.

A pastilha termoelétrica tem uma vida útil longa, testes de qualidade de alguns

fornecedores indicam mais de 1000 horas de trabalho sem interrupção e 5000 ciclos de

ligamento e desligamento, segundo eles as pastilhas podem durar cerca de 200.000 a 300.000

horas se observado os requisitos técnicos necessários.

A unidade de desinfecção presente no sistema pode ser empregada separadamente para

submeter amostras de água à radiação UV. Para isso, basta verter água no módulo de

condensação e retirá-la através da bomba hidráulica com a lâmpada ligada.

Empregando-se células termoelétricas de efeito Peltier é possível obter água potável a

partir de superfícies refrigeradas. A produção de água com umidade relativa de 80% pode ser

de até 2,6 L m-2

h-1

e o consumo energético fica em torno de 7,92 kWh para cada litro de água

coletada. Considerando que no período da noite e o início da manhã as temperaturas são mais

amenas e a umidade relativa do ar é mais elevada é previsível um funcionamento eficiente de

aproximadamente 15 horas por dia do equipamento.

A célula termoelétrica demonstra sua eficiência em sistemas compactos de obtenção

de água. O sistema desenvolvido pode ser empregado onde há necessidade de formação de

condensado aquoso em pequenas quantidades.

A facilidade do manuseio e operação do sistema inova o ambiente experimental

permitindo o estudo de superfícies refrigeradas para obtenção de água potável e também o

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estudo dos fenômenos da refrigeração e climatização em pequenos ambientes educacionais. O

equipamento tem massa total de 5 kg.

O sistema permite a incorporação de sensores e controladores eletrônicos que podem

aumentar o controle dos parâmetros de funcionamentos. A incorporação de um controlador

PWM pode trazer uma nova perspectiva na redução do consumo energético do sistema.

Esta tecnologia pode contribuir para o desenvolvimento sustentável do planeta

incorporando fontes de energias renováveis na sua operação. Estudos em semi-condutores

estão evoluindo e o uso de células termoelétricas já está amplamente difundido pela industria

de bens de consumo para obtenção de superfícies frias.

No sistema ICE MAKER se faz necessário determinar adequadamente as variáveis de

funcionamento. O sistema está instalado na Central de Tratamento de Resíduos – CETER no

campus universitário central da UNISC e permitirá o desenvolvimento de experimentos que

indiquem a situação adequada de funcionamento, a quantidade de condensado aquoso

produzida durante o ciclo dia/noite e a qualidade da água coletada.

Ambos os sistemas necessitam de células solares fotovoltaicas ou energia elétrica

tradicional para funcionamento pleno. Não foram estimados os custos de incorporação de

células fotovoltaicas para os sistemas. No caso do ICE MAKER a energia elétrica servirá para

movimentar os ventiladores que intensificam a formação de condensado na superfície fria das

aletas do tanque térmico.

De acordo com os testes parciais de potabilidade a água coletada apresenta resultados

favoráveis para o consumo humano. A fim de melhorar e garantir estes níveis, um sistema de

filtração pode ser acrescentado.

No estado do Rio Grande do Sul os níveis de precipitação pluviométrica são

satisfatórios e períodos de seca sempre ocorreram. O que não há é a gestão adequada dos

recursos hídricos e investimento em infra-estrutura que garantem o abastecimento de água em

períodos de seca.

Em casos extremos tais como catástrofes naturais, acidentes, locais de difícil acesso e

regiões áridas e semiáridas a coleta de água através da condensação em superfícies frias pode

ser uma ótima alternativa para obtenção de água potável.

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6.1 Sugestões para Continuidade do Trabalho.

Aplicação de PWM no sistema que emprega pastilhas termoelétricas para

controle do consumo energético;

Controlar e monitorar a temperatura do ponto de orvalho na face fria da

pastilha termoelétrica através de microcontrolador;

Análise completa da potabilidade da água nos sistemas propostos – Peltier e

ICE MAKER empregando filtros e UV;

Analisar a inclinação adequada do refletor parabolóide do ICE MAKER;

Automatizar a inclinação do refletor parabolóide conforme a posição solar

propondo mais de um ciclo durante o dia.

Emprego de painéis fotovoltaicos nos sistemas desumidificadores propostos;

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7 REFERÊNCIAS

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the Examination of Water and Wastewater. 21. ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.

BEYSENS D., MILIMOUK I., NIKOLAYEV V., MUSELLI M. and MARCILLAT J., Using

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Hydrology, 276 (2003) 1–11

BOHRER, M. B. Biomonitoramento das lagoas de tratamento terciário do sistema de

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ANEXO A – Projeto do sistema empregando pastilha termoelétrica de efeito Peltier.

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ANEXO B – Esboços iniciais do Sistema ICE MAKER

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ANEXO C – Projeto do sistema empregando NH3 e CaCl2 – ICE MAKER