Modelo em escala laboratorial de destilação solar baseado em nanofluidos

Resumo

O sertão pernambucano, que ocupa cerca de 70% do território do estado e possui cerca de 1,5 milhões de habitantes, apresenta um clima seco com longos períodos de estiagem, onde a disponibilidade de água diminui drasticamente (1). A água existente nesses locais apresenta alto teor de contaminação por agentes patogênicos do ambiente quando não tratada, o que pode causar doenças à população. A destilação e o ato de ferver a água é capaz de melhorar potencialmente sua qualidade, podendo suprir as necessidades de núcleos familiares. A radiação solar concentrada tem maior potencial de aquecimento que a exposição solar direta (2). Determinados nanofluidos podem aquecer a temperaturas superiores às da água, geralmente utilizada em coletores solares (3). Apesar do alto valor dos materiais constituintes das nanopartículas mais eficientes para os fluidos, experiências recentes aprimoram a técnica, incorporando ligas com outros materiais e núcleos de dielétricos simples (4). Ao absorver a energia térmica, um fluido pode ser transportado para uso imediato ou armazenado em reservatório isolante, para posterior utilização, como observado em dispositivos de captação de energia solar em complexos habitacionais populares (5). O fluido pode ser utilizado diretamente ou para o aquecimento de outro fluido (6), permitindo que o primeiro seja tratado para apresentar maior eficiência no processo. Objetiva-se desenvolver um protótipo de dessalinizador, de baixo custo, uso simplificado e pouca manutenção, que atue como um concentrador através do guiamento da luz solar, direcionando-a para um compartimento contendo um nanofluido. Os objetivos específicos compreendem a simulação computacional de um novo desenho de destilador solar, obtendo seus valores de eficiência, o desenvolvimento e a impressão 3D do protótipo, utilizando moldes de silicone e resina epóxi, e a avaliação experimental da eficiência do modelo. A metodologia para a simulação computacional consiste na utilização do software COMSOL Multiphysics, que dispõe de análise numérica pelo método de elementos finitos e análise termo-óptica. O modelo que apresentar melhores resultados será impresso em termoplástico para posterior criação de molde em silicone, possibilitando a modelagem em resina epóxi de aparência vítrea. A avaliação do desempenho será realizada em ambiente controlado, utilizando um simulador solar. Foram testados dois modelos: o primeiro baseia-se no uso de múltiplas lentes cilíndricas, o segundo apresenta geometria transversal elíptica. O primeiro modelo apresentava dificuldades quanto à impressão, por ser mais complexo e exigir maior tratamento. O segundo é mais simples e apresentou um aproveitamento de aproximadamente 70% da luz atingindo a cavidade que conterá o nanofluido, a partir da superfície do protótipo, na simulação de uma das configurações possíveis. A relação entre a área de captação e a área de concentração da luz, ou seu fator de concentração, se propõe a ser cerca de 6 vezes, valor que ainda não foi atingido. O modelo apresenta, também, boa resposta à angulação da incidência dos raios de luz, onde seu aproveitamento diminui para 60% para uma variação de 20 graus, a partir da vertical. A angulação é um fator importante, devido ao posicionamento da terra em relação ao sol em diferentes períodos do ano. A testagem do modelo prossegue, buscando quais configurações e medidas permitem aumentar a eficiência e diminuir a quantidade de material necessária na fabricação. Formou-se um grupo de estudos, liderado pelo orientador da pesquisa, voltados para a temática dos coletores lenticulares, onde estão sendo abordadas diferentes técnicas de aprimoramento dos modelos, com visões de profissionais de diferentes áreas. O primeiro modelo testado gerou o pedido de patente intitulado “PLACA DE COLETOR SOLAR TÉRMICO COM SISTEMA LENTICULAR”, feito ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial. Os resultados têm sido satisfatórios, considerando a literatura atual sobre os concentradores solares e a necessidade energética do estado.