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Previous issue date: 2012-05-28 / The oil industry, experiencing a great economic and environmental impact, has increasingly
invested in researches aiming a more satisfactory treatment of its largest effluent, i.e.,
produced water. These are mostly discarded at sea, without reuse and after a basic treatment.
Such effluent contains a range of organic compounds with high toxicity and are difficult to
remove, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, salts, heavy metals, etc.. The main
objective of this work was to study the solar distillation of produced water pre-treated to
remove salts and other contaminants trough of a hybrid system with a pre-heater. This
developed apparatus was called solar system, which consists of a solar heater and a
conventional distillation solar still. The first device consisted of a water tank, a solar flat plate
collector and a thermal reservoir. The solar distillator is of simple effect, with 1m2 of flat area
and 20? of inclination. This dissertation was divided in five steps: measurements in the solar
system, i.e. temperatures and distillate flow rate and weather data; modeling and simulation of
the system; study of vapor-liquid equilibrium of the synthetic wastewater by the aqueous
solution of p-xylene; physical and chemical analyses of samples of the feed, distillate and
residue, as well as climatology pertinent variables of Natal-RN. The solar system was tested
separately, with the supply water, aqueous NaCl and synthetic oil produced water.
Temperature measurements were taken every minute of the thermal reservoir, water tank and
distillator (liquid and vapor phases). Data of solar radiation and rainfall were obtained from
INPE (National Institute for Space Research). The solar pre-heater demonstrated to be
effective for the liquid systems tested. The reservoir fluid had an average temperature of
58?C, which enabled the feed to be pre-heated in the distillator. The temperature profile in the
solar distillator showed a similar behavior to daily solar radiation, with temperatures near
70?C. The distillation had an average yield of 2.4 L /day, i.e., an efficiency of 27.2%.
Mathematical modeling aided the identification of the most important variables and
parameters in the solar system. The study of the vapor-liquid equilibrium from Total Organic
Carbon (TOC) analysis indicated heteroazeotropia and the vapor phase resulted more
concentrated in p-xylene. The physical-chemical analysis of pH, conductivity, Total
Dissolved Solids (TDS), chlorides, cations (including heavy metals) and anions, the effluent
distillate showed satisfactory results, which presents a potential for reuse. The climatological
study indicates the region of Natal-RN as favorable to the operation of solar systems, but the
use of auxiliary heating during periods of higher rainfall and cloud cover is also
recommended / A ind?stria do petr?leo, sentindo um grande impacto econ?mico e ambiental, tem
investido crescentemente em pesquisas visando a um tratamento mais satisfat?rio de seu
maior efluente: as ?guas produzidas em campos de produ??o. Estas s?o, em sua maioria,
descartadas no mar, sem aproveitamento, ap?s serem tratadas. Esse tipo de efluente cont?m
uma gama de compostos org?nicos de alta toxicidade e dif?cil remo??o, como hidrocarbonetos
polic?clicos arom?ticos, al?m de sais, metais pesados etc. O objetivo principal desse trabalho
foi estudar a destila??o solar da ?gua de produ??o pr?-tratada para remo??o de sais e
contaminantes da mesma a partir do uso de um sistema h?brido com pr?-aquecimento. Este
aparato desenvolvido foi denominado de sistema solar, que ? composto por um aquecedor
solar convencional e um destilador solar; o primeiro constitui-se de uma caixa d'?gua, uma
placa coletora solar plana e um reservat?rio t?rmico; o destilador solar ? de simples efeito,
com 1m2 de ?rea ?til e 20? de inclina??o na cobertura. A metodologia consistiu em cinco
etapas: experimentos no sistema solar, com medi??o de temperaturas e de destilado obtido e
obten??o de dados climatol?gicos; modelagem e simula??o do sistema; estudo de equil?brio
l?quido-vapor de um efluente modelo de solu??o aquosa de p-xileno; realiza??o de an?lises
f?sico-qu?micas de amostras de alimenta??o, destilado e res?duo; e um estudo climatol?gico da
cidade de Natal-RN. O sistema solar foi testado, separadamente, com ?gua de abastecimento,
solu??o aquosa sint?tica de NaCl e ?gua produzida de petr?leo. Foram realizadas medi??es de
temperatura, a cada minuto, no reservat?rio t?rmico, na caixa d??gua e no destilador (fases
l?quida e vapor). Dados de radia??o solar e precipita??o pluviom?trica foram obtidos do INPE
(Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). O pr?-aquecimento solar mostrou-se eficiente
para os l?quidos testados e o fluido no reservat?rio t?rmico apresentou uma temperatura m?dia
de 58 ?C, o que viabilizou a alimenta??o aquecida no destilador. O perfil de temperaturas no
destilador solar apresentou comportamento similar ? radia??o solar di?ria, com temperaturas
m?ximas pr?ximas a 70 ?C. Esse equipamento teve rendimento m?dio de 2,52 L/d e efici?ncia
m?dia de 27,2%. A modelagem matem?tica permitiu identificar as vari?veis e par?metros
mais influentes no sistema solar. O estudo do equil?brio l?quido-vapor, a partir de an?lise de
TOC, indicou condi??o de heteroazeotropia, com o p-xileno se concentrando na fase vapor.
As an?lises f?sico-qu?micas de pH, condutividade, STD, cloretos, c?tions (incluindo metais
pesados) e ?nions, do efluente destilado apresentaram resultados satisfat?rios, o que evidencia
um potencial de reuso. O estudo climatol?gico indica a cidade ou a regi?o de Natal-RN como
favor?vel ? opera??o de sistemas solares, mas o uso de aquecimento auxiliar nos per?odos de
maior pluviosidade e nebulosidade ? recomendado
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15830 |
| Date | 28 May 2012 |
| Creators | Ramos, Rafael Eug?nio Moura |
| Contributors | CPF:08580772800, http://lattes.cnpq.br/2621516646153655, Sousa, Magna Ang?lica dos Santos Bezerra, CPF:02014315485, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4760824J0, Oliveira, Humberto Neves Maia de, CPF:22179763468, http://lattes.cnpq.br/7302633941782540, Melo, Josette Lourdes de Sousa, CPF:10200720406, http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787094H6, Chiavone Filho, Osvaldo |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia Qu?mica, UFRN, BR, Pesquisa e Desenvolvimento de Tecnologias Regionais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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