O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada. / The development of alternative energy sources to mitigate the pollution generated by fossil fuel combustion has stimulated the search for new ways to convert and to harvest energy. Climate change, pollution, and population growth have raised concern about water scarcity. Nowadays, about 3% of the global electricity is consumed by municipal wastewater treatment plants. Humankind has to find the means to use clean and potable water more effectively. One strategy to harvest energy is to employ an ionic gradient and then convert it into electrical energy. Researchers have recently tested systems that apply electrolytic solutions containing different salt concentrations to deliver work after electrochemical cycles. Energy harvesting during wastewater treatment should encourage environmental preservation and contribute to sustainable growth. In this context, electrochemical systems are proposed, so-called photo-assisted acid-base machines, which promote energy conversion and harvesting during acidic solution neutralization under UV irradiation. Also, alternative configurations of these systems allow the desalination of salt solutions with regain of part of the used energy. Operating principle of these machines is based upon entropic variation, associated with proton and alkali ion activity changes, and in the conversion of the electromagnetic energy into electrical energy. Proof-of-concept experiments provided 108 kJ per mol of electroinserted ion, which corresponds to 10.8 kJ dm-3 of neutralized acid solution.

DUTRA, K. H. Montagem e teste de um novo arranjo do dessalinizador solar térmico de múltiplos estágios com recuperação de calor. 2016. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-09-14T13:03:26Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_khdutra.pdf: 6703057 bytes, checksum: 55f7ab4d06cbcadf8da278520ed81238 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-09-14T13:03:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_khdutra.pdf: 6703057 bytes, checksum: 55f7ab4d06cbcadf8da278520ed81238 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-14T13:03:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_khdutra.pdf: 6703057 bytes, checksum: 55f7ab4d06cbcadf8da278520ed81238 (MD5) Previous issue date: 2016-06-28 / Access to fresh water is now a clear and growing problem, only 2.5% of the planet's water is potable, however, from this small portion 79.16% is in glaciers, or unavailable. Associated with the water supply problem, there is the need for diversification of energy sources, due to the increasing cost and depletion of conventional energies. The use of solar energy in desalinators is an alternative to access fresh water to isolated communities that may not have adequate infrastructure. The objective of this work was to assemble and test a multi-stage solar desalination with heat recovery and indirect heating, as well as facilitate and ensure their satisfactory operation. The desalinator is composed of two units, the first called heating unit consists of solar collectors and can be assembled in two configurations with two or three collectors. Each collector has 2.57 m² of useful area of solar energy absorption. The second is called desalination unit composed of a water storage tank and until seven stages in series. Brackish water is heated in the heating unit and the density difference, through a thermosyphon loop, flows into desalination tower where it is stored and evaporated, losing heat and returning to the heating unit, closing the cycle. The evaporated mass comes into contact with a tray of the first stage, loses heat to the stage above and condenses, the distillate is collected by gutters beneath the tray. For evaluation of the system, tests of heating and production have been carr ied out. The heating test in order to evaluate the capability of the heating unit was conducted with two and three collectors, in both configurations, the results were satisfactory, with temperatures above 90 ° C. Production tests evaluated the desalinated water production system, several configurations were tested, obtaining a maximum output of 42 liters per day using three collectors and seven stages. / O acesso a água potável é atualmente um problema evidente e crescente, pois apenas 2,5% da água do planeta é doce. No entanto, desta pequena parcela 79,16% estão nas geleiras, ou seja, indisponíveis. Aliado ao problema de abastecimento de água, existe a necessidade da diversificação da matriz energética, devido ao crescente custo e esgotamento das fontes convencionais de energia. A utilização da energia solar em dessalinizadores é uma alterna tiva ao acesso de água potável a comunidades isoladas que podem não possuir uma infraestrutura adequada. O objetivo deste trabalho é montar e testar um dessalinizador solar de múltiplos estágios com recuperação de calor e aquecimento indireto, bem como viabilizar e garantir o seu funcionamento satisfatório. O dessalinizador é composto por duas unidades. A primeira, denominada unidade de aquecimento, é composta por coletores solares que podem ser montados em duas configurações, com dois ou três coletores. Cada coletor possui 2,57 m² de área útil de absorção de energia solar. A segunda é denominada unidade de dessalinização, que é composta por um tanque de armazenamento de água e até sete estágios montados em série. Água salobra é aquecida na unidade de aquecimento e, por diferença de densidade, através de um ciclo de termossifão, escoa para a torre de dessalinização, onde é armazenada e evaporada, perdendo calor e voltando para a unidade de aquecimento, fechando o ciclo. A massa que é evaporada entra em contato com uma bandeja do primeiro estágio, perde calor para o estágio acima e condensa, sendo coletado por calhas abaixo da bandeja. Para avaliação do sistema, testes de aquecimento e de produção foram realizados. O teste de aquecimento, com o objetivo de avaliar a capacidade térmica da unidade de aquecimento, foi realizado com dois e três coletores, e nas duas configurações os resultados foram satisfatórios, com temperaturas acima de 90ºC. Os testes de produção possuem o objetivo de avaliar a produção de água dessalinizada do sistema, onde foram testadas várias configurações, obtendo uma produção máxima de 42 litros por dia utilizando 3 coletores e sete estágios.

HERCULANO, R. T. Protótipo de panela-dessalinizador circular para fogão solar com aquecimento indireto. 2015. 65 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-08-19T11:27:46Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_rtherculano.pdf: 4428206 bytes, checksum: 8d57dfe84f90cadb6ee83e5310f9eb90 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-08-26T17:48:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_rtherculano.pdf: 4428206 bytes, checksum: 8d57dfe84f90cadb6ee83e5310f9eb90 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-26T17:48:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_rtherculano.pdf: 4428206 bytes, checksum: 8d57dfe84f90cadb6ee83e5310f9eb90 (MD5) Previous issue date: 2015-07-21 / Extensive research and development activities have been conducted to explore opportunities for sustainable and viable methods of producing potable water using solar energy. This project included a new configuration for the solar cooker with indirect heating, which also operates as a desalination unit. The objective was to develop a new cooking pan which could be coupled with a three-stage desalination tower. Thus, the pan could be used for cooking or as the storage tank of the desalination tower. This new pan was installed in a solar cooker with indirect heating and the complete system was tested under field conditions. The sealing was improved, and the system produced more than 5.7L, with electrical conductivity lower than 10µS/cm, COP, 1.77 and GOR, 0,35, values consistent with the literature and above the values obtained with the original pan / Extensivas atividades de pesquisa e desenvolvimento vêm sendo conduzidas para explorar oportunidades de métodos sustentáveis e viáveis de produção de água potável utilizando energia solar. Este projeto abrange uma nova configuração para o fogão solar com aquecimento indireto operar também como dessalinizador. O objetivo foi desenvolver uma nova panela que pode ser acoplada com uma torre de três estágios de dessalinização. Assim, a panela pode ser utilizada tanto para cozinhar ou como o tanque de armazenamento da torre de dessalinização. Esta nova panela foi instalada em um fogão solar com aquecimento indireto e todo o sistema foi testado em condições de campo. O acoplamento foi otimizado, aumentando a produção total em relação ao projeto anterior. O sistema produziu mais de 5,7L de água dessalinizada, com condutividade elétrica média abaixo de 10µS/cm, COP, 1,77 e GOR 0,35, valores compatíveis com a literatura e acima dos valores obtidos com a panela original

RODRIGUES, F. P. Estudo do desempenho de uma torre de recuperação de calor com canais sintéticos de poliuretano para um dessalinizador solar térmico. 69 f. 2010. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-21T16:03:41Z No. of bitstreams: 1 2010_dis_fprodrigues.pdf: 2506308 bytes, checksum: 45b02d11fa7bc2578f205eb1ea85d2e2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T14:54:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_dis_fprodrigues.pdf: 2506308 bytes, checksum: 45b02d11fa7bc2578f205eb1ea85d2e2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T14:54:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_dis_fprodrigues.pdf: 2506308 bytes, checksum: 45b02d11fa7bc2578f205eb1ea85d2e2 (MD5) Previous issue date: 2010-04-23 / Because of the lack of drinkable water in various semi-arid regions and the necessary use of renewable energies, the present work presents a performance study of a heat recovery tower to operate in a solar desalination unit for decentralized water production. The solar desalination unit has two parts: a heating unit and a desalination unit.This work presents the field results with a desalination tower with synthetic (polyurethane) flow channels. The tower operation consists of the heating of salty water, the evaporation of desalinated water vapor in the lower stage, and the vapor condensation on the above stage. The condensate flows to a lateral channel to be collected, while the salty water in the trays is heated by the heat transfer processes, particularly the condensation from the tray below. The heating, evaporation, and condensation processes are repeated among the trays in a heat recovery mechanism. The results also show the correlation parameters for the Sherwood number, developed using the experimental data gathered in a temperature controlled laboratory desalination unit. This correlation was used as a reference in the study of heat recovery towers. The solar dealination system is working properly and showed a daily production of 35 liters. The results present the production per stage and the temperature profiles, in graphical form. For the performance parameters, a GOR value of 1,26 and a COP value of 4,78 were measured. The Sherwood correlation was used to compare experimental and simulated values. / Diante da crescente escassez de água potável em várias regiões semi-áridas, e a necessidade de avanço na utilização de fontes de energias renováveis, o presente trabalho apresenta o estudo do desempenho de uma torre de recuperação de calor para operar com um dessalinizador solar que possa ser utilizado para a produção descentralizada de água potável. O dessalinizador solar estudado possui duas unidades básicas: a unidade de aquecimento e a unidade de dessalinização. O trabalho apresenta os resultados alcançados com uma torre de recuperação de calor com canais sintéticos de poliuretano. A operação da torre consiste no aquecimento e evaporação de água salobra armazenada em um estágio inferior, que condensa na parte inferior da bandeja do estágio acima. O condensado escoa para uma calha lateral de onde é coletado, enquanto a água armazenada na bandeja é aquecida devido aos processos de transferência de calor, pricipalmente ao processo de condensação. O processo de evaporação, condensação e aquecimento de água se repete entre as bandejas contidas nos estágios da torre de recuperação de calor, em um total de cinco estágios. Os resultados apresentam ainda os coeficientes de uma correlação para o número de Sherwood, desenvolvida a partir de uma unidade de dessalinização de laboratório, operando em temperaturas controladas, para ser usada como modelo de referência na determinação do desempenho de torres de recuperação de calor. O dessalinizador está em funcionamento e a torre de recuperação de calor apresentou bons resultados alcançando uma produção de 35 litros de água dessalinizada por dia. Os resultados da produção por estágio e dos perfis de temperatura do dessalinizador estão apresentados na forma de gráficos. Os parâmetros de desempenho foram calculados e alcançados os valores de 1,26, para o GOR do dessalinizador e 4,78 para o COP. A correlação para o número de Sherwood foi desenvolvida e foram comparados os valores experimentais com os valores obtidos pela correlação.

MENDONÇA, D. E. Planta de osmose reversa acionada por módulos fotovoltaicos com MPPT e válvula autoreguladora de pressão. 2016. 140 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-29T11:18:04Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_demendoça.pdf: 4275193 bytes, checksum: 687cd04ef2a76ac037a023934c90fe4f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T17:22:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_demendoça.pdf: 4275193 bytes, checksum: 687cd04ef2a76ac037a023934c90fe4f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T17:22:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_demendoça.pdf: 4275193 bytes, checksum: 687cd04ef2a76ac037a023934c90fe4f (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / This project presents a brackish water desalination plant via Reverse Osmosis (RO) powered by Photovoltaic Modules (PV) with Maximum Power Tracking (MPPT) and a self – regulating pressure valve. The developed unit is installed on Alternative Energy Laboratory (LEA), which is located on the campus of PICI at Federal University of Ceará. To extract maximum power from the PV module a Buck type converter was developed for this application. The Incremental Conductance algorithms (IncCond) is used. The MPPT technique was simulated, tested and validated, showing an efficiency of 86.8%. An innovation in this plant is the use of a self-regulating pressure valve installed in the concentrate output, which ensures a smaller pressure and power variation in the pump that is responsible for pressurizing the water to the membranes. The technical feasibility of the RO plant is checked in two phases: one without the presence of the self- regulating pressure valve in the concentrated output and other with the self-regulating pressure valve in the concentrated output. The plant is tested for two salinity levels 1000 and 1500 mg/L of TDS (Total Dissolved Solids) levels. These salinity levels chosen are commonly found in most brackish water wells of the semi-arid region of Northeastern Brazil. For operation without selfregulating pressure valve the obtained average values are: recovery rate 8.03% (relation between permeate flow and feed water flow), 151.7 L of daily production of drinking water with 130 mg/L of TDS, specific energy consumption of 2.68 kWh/m3. For operation with self-regulating pressure valve the obtained average values are: recovery rate 8.14%, 175.3 L of daily production of drinking water with 120 mg/L of TDS, specific energy consumption of 2.56 kWh/m3. Thus the configuration system using the self – regulating valve showed better results / O presente projecto apresenta uma planta de dessalinização de água salobra por osmose reversa (OR) acionada por módulos fotovoltaicos (FV) com seguimento de potência máxima (MPPT - Maximum Power Point Tracking) e válvula autoreguladora de pressão. A planta desenvolvida está instalada no Laboratório de Energias Alternativas (LEA), situado no Campus do PICI da Universidade Federal do Ceará. Para extração da máxima de energia do módulo FV foi desenvolvido um conversor do tipo Buck, usando a técnica Condutância Incremental (CondInc). A técnica de MPPT foi simulada, testada e validada, apresentando uma eficiência de 86,8% no seguimento do ponto de potência máxima. Uma inovação na planta proposta é o uso de uma válvula autoreguladora de pressão instalada na saída do concentrado, que garante uma menor variação de pressão e corrente eletrica na motobomba responsável por pressurização da água para as membranas. A planta de OR foi testada em duas etapas: uma sem a presença da válvula auto-reguladora de pressão e a outra com a válvula, para uma água de alimentação entre os níveis de salinidade de 1000 e 1500 mg/L de STD (Sólidos Totais Dissolvidos). Estes níveis de salinidade adotados são geralmente encontrados em poços com água salobra do semiárido do Nordeste do Brasil e noutros casos maior 1500 mg/L de STD. Para a operação sem a válvula autoreguladora de pressão foram obtidos os seguintes valores médios: taxa de recuperação 8,03%, produção de água potável de 151,7 L/dia com 130 mg/L de STD, consumo específico de energia de 2,68 kWh/m3. Para a operação com a válvula autoreguladora de pressão foram obtidos os seguintes valores médios: taxa de recuperação 8,14%, produção de água potável de 175,3 L/dia com 120 mg/L de STD, consumo específico de energia de 2,56 kWh/m3. No entanto a configuração da planta operando com a válvula autoreguladora de pressão apresenta melhores resultados relativamente a operação sem a válvula.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-10T17:36:57Z No. of bitstreams: 1 RODRIGO VIEIRA ALVES - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 4663584 bytes, checksum: 1fbfe2df3144935946e63d14cdcc7ade (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T17:36:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RODRIGO VIEIRA ALVES - TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 4663584 bytes, checksum: 1fbfe2df3144935946e63d14cdcc7ade (MD5) Previous issue date: 2017-08-31 / Capes / O processo de dessalinização de águas salobras vem sendo uma das alternativas de obtenção de água potável, para beneficiar as comunidades difusas da região do semiárido. Dentro dessa conceituação foram implantados dois sistemas de dessalinização para produção de água potável: um na comunidade de Uruçu da Cidade de São João do Cariri, e outro na Escola Macário Zulmiro do distrito de Santa Luzia, da Cidade de Picuí, ambos no Estado da Paraíba. O aproveitamento dos concentrados gerados durante o processo de dessalinização dos sistemas foram estudados para produção de alface, através de sistemas hidropônicos de fluxo laminar de nutrientes. O objetivo desse trabalho foi avaliar os parâmetros de crescimento, níveis de nitrato, aspectos sensoriais e dos custos de produção de alface hidropônica com uso do concentrado. Foram realizados experimentos a partir do concentrado (1) com níveis de tratamentos de (0,1; 2,3; 4,4; 6,2 e 8,4) mS.cm-1 e com o concentrado (2), nos níveis de (0,1; 1,1; 2,1; 3,1 e 4,1) mS.cm-1 para o cultivo das alfaces crespa “crocante” e americana “gloriosa”. O delineamento experimental foi inteiramente ao acaso, com três repetições. Observou-se que o desenvolvimento das duas alfaces estudadas, dependeram dos níveis da condutividade elétrica de cada concentrado. O consumo hídrico das plantas foi reduzido em 7,53% e 8,89% para alface crespa e americana cultivadas com o concentrado (1) e 1,60% e 4,03 para o concentrado (2), por incremento unitário de condutividade elétrica, respectivamente. Foi observado com os resultados dos parâmetros de crescimento, que a alface crespa apresentou maior tolerância ao excesso de sais do concentrado, quando cultivadas com os tratamentos do concentrado (1), principalmente nos tratamentos 6,2 e 8,4 mS.cm-1, observadas pelas reduções lineares do número de folhas, massa fresca da parte aérea, massa seca da parte aérea, umidade, massa seca das raízes, massa do caule e área foliar. As reduções dos parâmetros de crescimento foram menores ao utilizar o concentrado (2) e os dois tipos de alface foram tolerantes aos níveis dos tratamentos. Com relação as concentrações de nitrato, foram encontrados resultados variando entre 694,5 e 1.982,0 mg.kg-1 nas alfaces crespa e americana, os quais estão de acordo, com o valor máximo permissível (3.500 mg.kg-1) da regulamentação europeia 1881/2006, das quais, a alface americana acumulou mais nitrato do que a crespa. Nos experimentos com o concentrado (1), os atributos cor, sabor, crocância e impressão global foram afetados com o excesso de sais nos experimentos com alface americana, enquanto para alface crespa, foram afetados a cor, sabor e impressão global. Ao utilizar o concentrado (2), nenhum parâmetro foi afetado para o experimento com alface crespa. A preferência de compras foi acima de 90% para a alface crespa cultivada com o concentrado (2). Os resultados das estimativas dos custos mostraram um investimento de R$114.663,00 na implantação dos sistemas hidropônico e de dessalinização, retorno sobre investimento em aproximadamente 4 anos, custos de produção da alface de R$ 0,30 por planta e custos para produção da água de R$ 1,47 por m³. / The process of desalination of brackish water has been one of the alternatives for obtaining potable water to benefit the diffuse communities in the semi-arid region. Two desalination systems for potable water production were implemented: one in the community of Uruçu in the city of São João do Carirí and another in the School Macário Zulmiro in the district of Santa Luzia in the city of Picuí, both in the state of Paraíba. The utilization of the concentrates generated during the desalination process of the systems were studied for lettuce production through hydroponic laminar flow systems of nutrients. The objective of this work was to evaluate growth parameters, nitrate levels, sensory aspects and production costs of hydroponic lettuce using concentrate. Experiments were performed from the concentrate (1) with treatments levels of (0.1; 2.3; 4.4; 6.2 and 8.4) mS.cm-1 and with the concentrate (2), in the (0.1, 1.1, 2.1, 3.1 and 4.1) mS.cm-1 levels for the cultivation of crisp "crocante" and american "gloriosa" lettuce. The experimental design was completely randomized, with three replicates. It was observed that the development of the two lettuces studied depended on the electrical conductivity levels of each concentrate. The water consumption of the plants was reduced by 7.53% and 8.89% for crisp and American lettuce cultivated with concentrate (1) and 1.60% and 4.03 for concentrate (2), per unit increment of conductivity respectively. It was observed with the results of the growth parameters that the crispy lettuce presented higher tolerance to the excess salts of the concentrate when cultivated with the treatments of the concentrate (1), mainly in the treatments 6,2 and 8,4 mS.cm-1, Observed by linear reductions of leaf number, fresh shoot mass, shoot dry mass, moisture, dry mass of roots, stem mass and leaf area. The reductions of the growth parameters were lower when using the concentrate (2) and the two types of lettuce were tolerant to the levels of the treatments. Regarding the nitrate concentrations, results ranging from 694.5 to 982.0 mg.kg-1 were found in crisp and american lettuce, which are in agree with the maximum permissible value (3,500 mg.kg-1) of the regulation European seed 1881/2006 and american lettuce accumulated more nitrate than crisp. In the experiments with concentrate (1), the attributes color, flavor, crispness and overall impression were affected with the excess salts in the experiments with American lettuce, while for crisp lettuce, the color, flavor and overall impression were affected. When using the concentrate (2), no parameter was affected for the experiment with crisp lettuce. The purchase preference was above 90% for the crisp lettuce grown with the concentrate (2). The results of the cost estimates showed an investment of R$ 114,663.00 in the implementation of hydroponic and desalination systems, return on investment in approximately four years, lettuce production costs of R$ 0.30 per plant and costs for water production of R$ 1.47 per m³.

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada. / The development of alternative energy sources to mitigate the pollution generated by fossil fuel combustion has stimulated the search for new ways to convert and to harvest energy. Climate change, pollution, and population growth have raised concern about water scarcity. Nowadays, about 3% of the global electricity is consumed by municipal wastewater treatment plants. Humankind has to find the means to use clean and potable water more effectively. One strategy to harvest energy is to employ an ionic gradient and then convert it into electrical energy. Researchers have recently tested systems that apply electrolytic solutions containing different salt concentrations to deliver work after electrochemical cycles. Energy harvesting during wastewater treatment should encourage environmental preservation and contribute to sustainable growth. In this context, electrochemical systems are proposed, so-called photo-assisted acid-base machines, which promote energy conversion and harvesting during acidic solution neutralization under UV irradiation. Also, alternative configurations of these systems allow the desalination of salt solutions with regain of part of the used energy. Operating principle of these machines is based upon entropic variation, associated with proton and alkali ion activity changes, and in the conversion of the electromagnetic energy into electrical energy. Proof-of-concept experiments provided 108 kJ per mol of electroinserted ion, which corresponds to 10.8 kJ dm-3 of neutralized acid solution.

O balanço populacional é um método comprovado de se aumentar a previsibilidade do comportamento de um sistema multifásico, e sua utilização em conjunto de técnicas de CFD tem sido cada vez maior pelo desenvolvimento constante de ambas as tecnologias. Este trabalho apresenta o equacionamento genérico do balanço populacional para sistemas bifásicos com agregação e quebra de partículas, além de uma discussão sobre a natureza de sistemas bifásicos. Métodos numéricos específicos para a resolução deste tipo de problema são discutidos, implementados e validados. Como exemplo de aplicação do equacionamento sugerido, é obtido um modelo específico para o caso de coalescência de gotas de água salgada dispersas numa fase óleo submetidas a um campo elétrico alternado, como no processo de dessalgação de petróleo. Um algoritmo baseado em autômatos celulares é utilizado como fonte de dados para validação do modelo e técnicas de CFD produzem um perfil de escoamento da emulsão. / The population balance is a proven method for increasing a multiphase systems behavior predictability, and its employment along with CFD techniques is increasing following the constant development of both technologies. This work presents the generic Population Balance Equations for two-phase systems where its particles suffer aggregation and breakage and a discussion on the nature of two-phase systems. Specific numerical methods for the solution of such problems are discussed, implemented and validated. A specific model for the coalescence of water droplets dispersed in an oily phase under the effects of an alternated electric field is obtained as an application example of the suggested equations, mimicking the oil desalting process. A cellular automata based algorithm is used as data source for the models validation and CFD techniques are used to produce the emulsions flow profile.

Orientador : Hildebrando Herrmann / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-02T18:47:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasques_AntonioCruz_D.pdf: 9520531 bytes, checksum: 909833bf281cdf701f06cb4bd0749990 (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado

Hidratos de gás são importantes em questões que vão desde o bloqueio de tubulações na indústria de produção de óleo e gás, até o sequestro de dióxido de carbono, transporte de gás natural, dessalinização de água salgada e purificação de água contaminada. A fim de investigar estes campos e aplicações, necessita-se determinar inicialmente a temperatura e pressão nas quais os hidratos se formam. Isto pode ser feito por meio de experimentos de formação e/ou dissociação de hidratos, bem como utilizando-se de modelos termodinâmicos, correlações empíricas e métodos computacionais. Estudou-se nesse trabalho o desempenho da PC-SAFT na modelagem da fase fluida no equilíbrio da formação de hidratos, comparando seus resultados com a equação de Peng-Robinson e o modelo proposto por Klauda e Sandler. Para a molécula de água, em especial, avaliaram-se as configurações possíveis para o esquema de associação. Para a fase hidrato, avaliou-se a equação de van der Waals e Platteuw (vdWP), e levou-se em conta o efeito das cascas adicionais na estimativa da constante de Langmuir. Por fim, foram propostas duas equações com termos ajustáveis para a fugacidade da água na fase hidrato em função da temperatura, uma linear e outra quadrática, para utilização conjunta com a equação PC-SAFT. Para comparação, quando possível os sistemas foram avaliados com auxílio do software CSMGem. A utilização da equação PC-SAFT em conjunto com as expressões propostas resultou na melhor predição da pressão de equilíbrio em temperaturas determinadas. / Gas hydrates are important for issues that include flow assurance in oil and gas industries, carbon sequestration, natural gas transport, seawater desalinization, and purification of contaminated water. To investigate those fields and applications, temperature and pressure in which hydrates are formed must be determined. This can be done through hydrate formation and/or dissociation experiments, as well as through thermodynamic models, empirical correlations, and computational methods. In this work, the performance of the PC-SAFT in modeling the fluid phase in hydrate phase equilibrium was investigated. Its results were compared to the Peng-Robinson equation of state and to the model proposed by Klauda and Sandler. For the water molecule, different association schemes were considered. For the hydrate phase, the van der Waals and Platteuw (vdWP) equation was used. The effect of additional shells in the estimation of the Langmuir constant was assessed. Finally, equations for water fugacity in hydrate phase, as a function of temperature, were proposed. These equations were intended to be used with the PC-SAFT equation of state, and both linear or quadratic equations were considered. For comparison, when possible the software CSMGem was used to compute the equilibrium conditions. The use of the PC-SAFT EOS, along with the proposed equations, resulted in a better prediction of the equilibrium pressure as a function of temperature.