PT106980A - Sistema de dessalinização solar com possibilidade de autonomia energética - Google Patents

Abstract

O PRESENTE MODELO REFERE-SE A UM SISTEMA DE DESSALINIZAÇÃO SOLAR COM POSSIBILIDADE DE AUTONOMIA ENERGÉTICA DE FONTES RENOVÁVEIS COM FINALIDADE DE PRODUÇÃO DESCENTRALIZADA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POTÁVEL EM PEQUENAS COMUNIDADES. O SISTEMA TEM A CONFIGURAÇÃO DE UM CILINDRO (1), CONSTRUÍDO EM POLIETILENO, COM DUAS CÂMARAS CONCÊNTRICAS: A INTERIOR (2), FUNCIONANDO COMO EVAPORADOR; E A DO EXTERIOR (3) COMO CONDENSADOR. NA CÂMARA INTERIOR (2), A ÁGUA SALGADA PREVIAMENTE AQUECIDA, É INTRODUZIDA POR UM GOTEJADOR/PULVERIZADOR (4), SOB FORMA DE PEQUENAS GOTAS E CAUDAL REDUZIDO, QUE IRÁ COBRIR TODA A SEÇÃO DA CÂMARA INTERIOR (2) ONDE ESTÃO LOCALIZADOS UMA SÉRIE DE CESTOS EMPILHADOS COM MATERIAL DE ENCHIMENTO (5), COM O OBJETIVO DE AUMENTAR A SUPERFÍCIE ESPECÍFICA DE CONTACTO DA ÁGUA PULVERIZADA. A CÂMARA EXTERIOR (3) DISPÕE DE CENTENAS DE METROS LINEARES DE TUBAGEM LISA MULTICAMADA (6), PERMITIRÁ A TRANSFERÊNCIA DE CALOR. A ÁGUA DESTILADA, PRODUZIDA DURANTE O PROCESSO DE DESSALINIZAÇÃO, É RECOLHIDA DIRETAMENTE NO FUNDO DO DEPÓSITO DE DESTILADOS (9), ABAIXO DA CÂMARA DO CONDENSADOR. A FONTE DE CALOR DO SISTEMA TEM A POSSIBILIDADE DE INTEGRAÇÃO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS, NOMEADAMENTE A ENERGIA SOLAR E CONSEQUENTE AUTONOMIA ENERGÉTICA. O PRESENTE MODELO É APLICÁVEL NO FABRICO DE SISTEMAS DE DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA.

Description

Descrição "Sistema de dessalinização solar com possibilidade de autonomia energética" 0 presente modelo refere-se a um sistema de dessalinização solar com possibilidade de autonomia energética com a finalidade de produção descentralizada, de maneira a solucionar um dos problemas fundamentais da sociedade, como o abastecimento de água potável de pequenas comunidades.

Como pontos inovadores do presente sistema, pode-se referir: - Uma solução para o processo de dessalinização que passa pela utilização do ciclo térmico de humidificação-desumidificação eficiente e que permitirá, em última análise, uma diminuição do custo da água potável produzida, sem recorrer a componentes consumiveis; A abordagem integrada do problema energético de abastecimento autónomo e descentralizado de água potável através da utilização de energia solar; A escolha dos materiais de construção do sistema que garanta a sua durabilidade, e a sua portabilidade e também a potabilidade da água para consumo humano; - A modularidade do produto que permitirá a sua utilização em escalas maiores, por associação de elementos básicos, em função da escala de abastecimento. 0 sistema de dessalinização consiste num dispositivo térmico de dessalinização baseado no principio fisico de humidificação-desumidificação em ciclo fechado de ar e de ciclo aberto de água salgada, cuja fonte de calor é proveniente do recurso a energias renováveis, nomeadamente a energia solar. A conceção do sistema é do tipo modular com câmara de volume aproximado de lm3 com vista à sua integração em unidades de pequena e média escala, ajustado à necessidade de abastecimento diário que poderá variar entre 50 a 250 litros de água por unidade de instalação, destinada ao consumo humano de pequenas comunidades, permitindo a produção descentralizada de água potável de forma amovível e 1/5 transportável até junto ao local de consumo e a sua autonomia energética permitindo a integração da conversão térmica e elétrica de energia solar. 0 sistema terá capacidade para responder às necessidades de pequena e média escala de unidades públicas, turísticas ou empresarias no litoral, que habitualmente captam água durante todo o ano para consumo próprio através de furos locais, onde se tem registado a progressiva intrusão salina com o aumento da condutividade elétrica (diminuição da qualidade de água potável) acima dos limites de consumo recomendado pela legislação em curso. 0 sistema tem também aplicabilidade no mercado dos países em desenvolvimento, nomeadamente, nos de língua oficial portuguesa, para suprir as necessidades de consumo humano, para rega, uso animal e em pequena escala industrial. 0 sistema de dessalinização térmica consiste num processo termodinâmico de humidificação e desumidificação (evaporação e condensação), através do material de enchimento de transferência de massa que permite a redução da concentração salina a mais de 98% e que permite a sua operação com água salgada ou água salobra aquecida através da energia solar, nos limites de temperatura de 60 a 85°C e apresenta a produção de água doce acima de 25% em relação ao caudal de água salgada de alimentação e funciona com um baixo consumo energético entre 1500 e 2000 kJ/kg de água destilada. O sistema funciona como um sistema avançado de evaporação (destilação) térmica por multi-efeito, através de uma sequência de estágios de processos de humidificação e desumidificação, ao longo dos quais a temperatura e humidade específica do ar variam de forma a obter a recuperação do calor latente de condensação. O sistema poderá funcionar entre as condições de água salobra com a condutividade a partir de 5mS/cm, até às condições típicas de água salgada da costa atlântica de condutividade de 50mS/cm. O presente sistema de dessalinização composto pela unidade da câmara de dessalinização, pelo circuito de água fria, pelo circuito de água quente vai agora ser explicado com o auxílio dos seguintes desenhos anexos a este documento: -Figura 1: Esquema em vista de corte do interior do sistema de dessalinização; 2/5 -Figura 2: Esquema em vista frontal do exterior do sistema de dessalinização; -Figura 3: Esquema do sistema de dessalinização em vista 2D; -Figura 4: Esquema de principio do circuito hidráulico de água fria, de apoio à instalação do sistema de dessalinização, em vista frontal; -Figura 5: Esquema de princípio do circuito hidráulico de água quente, de apoio à instalação do sistema de dessalinização em vista frontal; -Figura 6: Esquema de princípio do circuito hidráulico das tubagens do sistema de aquecimento para ligação à fonte de calor, de apoio à instalação do sistema de dessalinização; -Figura 7: Fluxograma de principio da instalação do sistema de dessalinização. A unidade de dessalinização de elevada conversão remove sais de cloreto de sódio da água salobra ou salgada, através de um processo térmico de humidificação e desumidificação, com pulverização de água salgada aquecida, de acordo com o esquema de princípio hidráulico apresentado nas Figura 4 e 5, e a transferência de massa num material de enchimento na câmara de evaporação. 0 material de enchimento para a transferência de massa, pode ser constituído por origem natural ou sintética, metal, termoplástico ou cerâmico, com configuração de membrana, de pequenos blocos com caracteristicas permeáveis à água e ar, ou outro tipo de elemento que seja absorvente de água e ar, com caracteristicas químicas, fisicas e geométricas que visam a otimização da relação área/volume de contacto da água salgada aquecida, em corrente descendente, com o ar parcialmente seco, em corrente ascendente.

Fazendo referência às Figuras 1, 2 e 3, o sistema é constituído por duas câmaras concêntricas. A câmara interior (2) funciona como meio de humidificação através de um sistema de pulverização (4) de água salobra ou salgada, aquecida sobre o material de enchimento (5), com o objetivo de aumentar a superfície especifica de contacto da água 3/5 pulverizada, incrementando a transferência de massa e, consequentemente, o aumento de vapor condensado, resultando na água dessalinizada. A maior parte dos componentes são fabricados em materiais do tipo termoplásticos, garantido a resistência térmica, mecânica e química, destinado a uso alimentar de acordo com a legislação oficial. A câmara exterior (3) tem na sua face exterior um isolamento térmico em poliuretano expandido (8) criando uma elevada resistência térmica. Na face interior estão dispostas, centenas de metros lineares de tubagem lisa multicamada (6), que funcionam como um sistema de desumidificação através de condensação do vapor de água, configurando um permutador de calor percorrido pela água salgada captada, permitindo um pré-aquecimento desta e consequentemente a recuperação de calor. A câmara funciona com valores típicos de temperatura de água pulverizada entre 60°C e 85°C, consoante o ciclo de dessalinização. A dissipação da energia na massa de vapor saturado dá-se por via de calor sensível e latente, proveniente da condensação de vapor, dando-se a condensação do destilado.

De acordo com as figuras 1, 2 e 3, o corpo do sistema de dessalinização é constituído por um cilindro (1) construído em polietileno, com um volume aproximado de lm3, onde se garantiu o isolamento térmico em poliuretano expandido (8) criando uma elevada resistência térmica, procurando um funcionamento quase-adiabático entre a câmara interior (2), evaporador, e exterior (3), condensação.

Recorrendo à Figura 5, a água quente salgada é introduzida na câmara interior (2) através da tubagem de polipropileno e de borracha flexível adequada para fluidos de alta temperatura. No interior da tampa do sistema, a tubagem de polipropileno assume a configuração de um gotejador (4) que irá cobrir toda a seção da câmara interior (2). A câmara interior (2), de evaporação, acondiciona os cestos cilíndricos com material de enchimento (5) do evaporador, que irão permitir acolher o material de enchimento do mesmo. Este tipo de composição do meio evaporativo através de cestos cilíndricos com material de enchimento permite que o sistema realize um processo de reutilização quando estiver saturado 4/5

Claims (1)

1. de sal, e desse modo, irá tornar sustentável a sua operação e funcionamento. A água salmoura rejeitada (10), ou seja, a solução que resta do processo de evaporação, é rejeitada para o local de captação, após passagem no sifão, utilizado para garantir a hermeticidade do sistema. A água destilada (7), produzida durante o processo de dessalinização, é recolhida diretamente no fundo do depósito de destilados (9), abaixo da câmara do condensador. De acordo com a Figura 5, 6 e 7, neste sistema de dessalinização, é possivel a integração de autonomia energética solar. O sistema apresentado permite a estimativa do potencial de abastecimento anual até 60m3 de água destilada em locais nacionais e internacionais, onde o recurso a irradiação solar é abundante. Lisboa, 06 de Maio de 2015 5/5