Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Hidráulica). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

RODRIGUES, A. P. Estudo experimental de um dessalinizador térmico com aquecimento controlado. 2011. 73 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-09-05T14:11:13Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_aprodrigues.pdf: 2818056 bytes, checksum: e00a7a138953e201db360cb02c7cc53d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-09-05T14:11:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_aprodrigues.pdf: 2818056 bytes, checksum: e00a7a138953e201db360cb02c7cc53d (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-05T14:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_aprodrigues.pdf: 2818056 bytes, checksum: e00a7a138953e201db360cb02c7cc53d (MD5) Previous issue date: 2011-03 / Solar desalination systems operate with a transient heat source, the solar radiation, what makes it difficult to identify of the influence of the process variables and the constructive geometric parameters of the desalination tower. The present work presents the experimental study of thermal a desalination system prototype with heat recovery mechanism and controlled power supply to operate in transient and steady-state regimes. This prototype made possible the study of the operational parameters that influence the desalinated water production in the tower, namely, the height of the water column in the storage tank, the type of burner, the natural gas flow, the number of desalination stages, and the use of a nano film on the condensation surface. Additionally, it was possible to thermally characterize the desalination tower by determining the experimental overall heat transfer coefficient (K1) of the simultaneous evaporation, radiation, and convection processes between the surface of the water in the tank and the condensation walls of the first stage immediately above. The desalination system consisted of a natural gas burning equipment, a tank of storage, and a tower with six desalination stages. By controlling the natural gas flow, it was possible to keep present and constant operating temperatures. The results showed that the use of linear burner (ideal burner) and of 6 liters of water in the tank of storage presented the best desalinated water production. They also showed that the flow of 0.533 g / min of natural gas and the use of 6 or 7 desalination stages are more adequate for tower operation. With the experimental measurements, the determination of the performance coefficient (COP), and of the gain output radio (GOR) was possible. These values were 4.09 and 5.91, respectively. An increase of 65.59% in the desalinated water production was measured with the use of the nano film; however, chemical tests to verify possible chemical contamination were not carried out. / Os dessalinizadores solares operam com uma fonte de calor variável, a radiação solar, o que dificulta a identificação da influência das variáveis de processo e dos parâmetros geométricos construtivos da torre de dessalinização. O presente trabalho apresenta o estudo experimental de um protótipo dessalinizador térmico com recuperação de calor e fonte de energia controlada, projetado para operar nos regimes transiente e permanente. Esse protótipo possibilitou o estudo dos parâmetros operacionais que influenciam na produção de água dessalinizada na torre de dessalinização, a saber, a altura da coluna d’água no tanque de armazenamento, o tipo de queimador, a vazão de gás natural, o número de estágios e o uso de uma nanopelícula sob a superfície de condensação. Além disso, foi possível realizar a caracterização térmica da torre pela determinação experimental do coeficiente de transferência de calor (K1) dos processos simultâneos de evaporação, radiação, convecção da superfície da água no tanque e de condensação nas paredes do estágio imediatamente superior ao tanque. O dessalinizador estudado é composto por um queimador, um tanque de armazenamento e uma torre de dessalinização com seis estágios. Controlando-se a vazão de gás natural foi possível manter temperaturas de operação pré-estabelecidas e constantes. Os resultados mostraram que o uso do queimador linear (queimador ideal) e de 6 litros de água no tanque de armazenamento apresentaram a melhor produção da torre. Foi mostrado também que a vazão de 0,533 g/min para o gás natural e o uso de 6 a 7 estágios de dessalinização são mais adequados para a torre. Com as medições experimentais foi possível a determinação do coeficiente de desempenho, COP, e da razão de ganho na saída, GOR, e esses valores foram de 4,09 e 5,91, respectivamente. Um aumento de 65,59% na produção de água dessalinizada foi observado com o uso de nanopelícula, embora testes químicos de possível contaminação não puderam ser realizados.

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.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-16T19:29:28Z No. of bitstreams: 1 AKLEINO SILVESTRE DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 6288381 bytes, checksum: f65c5bdc20bfda0cdb5930837d5d1894 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-16T19:29:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AKLEINO SILVESTRE DA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 6288381 bytes, checksum: f65c5bdc20bfda0cdb5930837d5d1894 (MD5) Previous issue date: 2016-09-29 / O consumo de água doce vem crescendo muito no mundo inteiro e sua possível escassez tornou-se um dos temas mais discutidos na atualidade. Com isso há necessidade de desenvolver novas estratégias para suprir a falta de água potável. Dentre elas, destacam-se a dessalinização. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo avaliar um ciclone convencional utilizado para dessalinização da água salgada com adição de cinco bicos injetores, localizados na parte superior do mesmo. O modelo matemático adotado considera escoamento tridimensional, turbulento, estacionário e não isotérmico para a fase gasosa, e a aplicação do modelo Lagrangeano para as partículas. As equações de conservação da massa, de momento linear, de energia e as do modelo de turbulência SST , bem como as equações constitutivas e as condições de contorno foram resolvidas com auxílio do software comercial Ansys CFX. São apresentados os resultados dos campos de pressão, temperatura, velocidade e fração mássica, linhas de fluxo, trajetórias das partículas, perfis de velocidade, de pressão total e de temperatura total no interior do separador ciclônico térmico. Constatouse o caráter tridimensional do escoamento gás-partícula no interior do ciclone com presenças de regiões de zonas de recirculação e de inversão de fluxo. Os resultados mostraram que a variação das temperaturas na alimentação, tanto do ar como da água, influência na geração de vapor no interior do separador ciclônico. Porém é preciso um estudo cauteloso, como por exemplo, avaliar a influência do comprimento da parte cônica, tanto na fluidodinâmica quanto na cinética, para tentar aumentar o tempo de residência das partículas e com isso contribuir para o aquecimento da partícula. / The consumption of fresh water has been increasing worldwide and its possible shortage has become one of the most discussed topics today. With this, there is a need to develop new strategies to address the lack of potable water. Among them, desalination. In this sense, the present work aims to evaluate a conventional cyclone used for the desalination of salt water with the addition of five injector nozzles, located in the upper part of the same. The mathematical model adopted considers three-dimensional, turbulent, stationary and nonisothermal flow for the gas phase, and the application of the Lagrangian model to the particles. The equations of conservation of mass, linear momentum, energy and those of the SST w turbulence model, as well as the constitutive equations and the boundary conditions were solved with the commercial software Ansys CFX. The results of the fields of pressure, temperature, velocity and mass fraction, flow lines, particle trajectories, velocity profiles, total pressure and total temperature inside the thermal cyclone separator are presented. It was noted three-dimensional character of the gas-particle flow within the cyclone presence regions with recirculation zones and reverse flow. The results showed that the temperature variation in both air and water influences the generation of steam inside the cyclonic separator. However, a cautious study is required, for example, to evaluate the influence of the length of the conic part, both in fluid dynamics and kinetics, to try to increase the residence time of the particles and thereby contribute to the heating of the particle.