Dessalinização Solar de Água

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Sistema de dessalinização pode produzir água doce que é
mais barata do que a água da torneira
Teste ao ar livre do protótipo sob a luz solar natural.
Engenheiros do MIT e da China pretendem transformar a água do mar em água potável com um
dispositivo completamente passivo que é inspirado no oceano e alimentado pelo sol.
Em um artigo que aparece hoje na revista Joule, a equipe descreve o projeto de um novo sistema de
dessalinização solar que recebe água salgada e o aquece com a luz solar natural.
A configuração do dispositivo permite que a água circule em redemoinhos, de forma semelhante à
circulação “termohalina” muito maior do oceano. Esta circulação, combinada com o calor do sol, leva a
água a evaporar, deixando o sal para trás. O vapor de água resultante pode então ser condensado e
coletado como água pura e potável. Enquanto isso, o sal restante continua a circular através e fora do
dispositivo, em vez de acumular e entupimento do sistema.
O novo sistema tem uma taxa de produção de água mais alta e uma taxa de rejeição de sal maior do
que todos os outros conceitos passivos de dessalinização solar atualmente sendo testados.
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Os pesquisadores estimam que, se o sistema for ampliado até o tamanho de uma pequena mala, ele
poderá produzir cerca de 4 a 6 litros de água potável por hora e durar vários anos antes de exigir peças
de reposição. Nessa escala e desempenho, o sistema pode produzir água potável a uma taxa e preço
que é mais barato do que a água da torneira.
“Pela primeira vez, é possível que a água, produzida pela luz solar, seja ainda mais barata que a água
da torneira”, diz Lenan Zhang, pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Dispositivos do MIT.
A equipe prevê que um dispositivo ampliado poderia produzir passivamente água potável suficiente para
atender às necessidades diárias de uma pequena família. O sistema também pode fornecer
comunidades costeiras fora da rede, onde a água do mar é facilmente acessível.
Os co-autores do estudo de Zhang incluem o estudante de pós-graduação do MIT Yang Zhong e Evelyn
Wang, a Ford Professora de Engenharia, juntamente com Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu
Wang e Zhenyuan Xu da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China.
Uma poderosa convecção
O novo sistema da equipe melhora em seu design anterior – um conceito semelhante de várias
camadas, chamado estágios. Cada estágio continha um evaporador e um condensador que usava calor
do sol para separar passivamente o sal da água que entrava. Esse projeto, que a equipe testou no
telhado de um prédio do MIT, converteu eficientemente a energia do sol para evaporar a água, que foi
então condensada em água potável. Mas o sal que sobrou rapidamente se acumulou como cristais que
obstruíram o sistema depois de alguns dias. Em uma configuração do mundo real, um usuário teria que
colocar estágios em uma base frequente, o que aumentaria significativamente o custo total do sistema.
Em um esforço de acompanhamento, eles criaram uma solução com uma configuração em camadas
semelhantes, desta vez com um recurso adicional que ajudou a circular a água de entrada, bem como
qualquer sobra de sal. Embora esse projeto tenha impedido que o sal se instalasse e se acumulasse no
dispositivo, ele dessalinou a uma taxa relativamente baixa.
Na última iteração, a equipe acredita que chegou a um projeto que atinge uma alta taxa de produção de
água e alta rejeição de sal, o que significa que o sistema pode produzir água potável de forma rápida e
confiável por um período prolongado. A chave para o seu novo design é uma combinação de seus dois
conceitos anteriores: um sistema de evaporadores e condensadores de vários estágios, que também é
configurado para aumentar a circulação de água - e sal - dentro de cada estágio.
“Nós introduzimos agora uma convecção ainda mais poderosa, que é semelhante ao que normalmente
vemos no oceano, em escalas de quilômetros de comprimento”, diz Xu.
As pequenas circulações geradas no novo sistema da equipe são semelhantes à convecção
“termohalina” no oceano – um fenômeno que impulsiona o movimento da água em todo o mundo, com
base nas diferenças na temperatura do mar (“termmo”) e salinidade (“haline”).
Quando a água do mar é exposta ao ar, a luz solar leva a água a evaporar. Uma vez que a água sai da
superfície, o sal permanece. E quanto maior a concentração de sal, mais densa o líquido, e essa água
mais pesada quer fluir para baixo”, explica Zhang. “Ao imitar este fenômeno de quilômetro de largura em
uma caixa pequena, podemos aproveitar esse recurso para rejeitar o sal”.
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Tapping para fora
O coração do novo design da equipe é um único estágio que se assemelha a uma caixa fina, coberta
com um material escuro que absorve eficientemente o calor do sol. No interior, a caixa é separada em
uma seção superior e inferior. A água pode fluir através da metade superior, onde o teto é revestido com
uma camada de evaporador que usa o calor do sol para aquecer e evaporar qualquer água em contato
direto. O vapor de água é então canalizado para a metade inferior da caixa, onde uma camada de
condensação esfria o vapor em líquido bebível e sem sal. Os pesquisadores definiram toda a caixa em
uma inclinação dentro de um vaso maior e vazio, depois anexaram um tubo da metade superior da caixa
através do fundo do recipiente e flutuaram o recipiente em água salgada.
Nesta configuração, a água pode naturalmente empurrar através do tubo e para a caixa, onde a
inclinação da caixa, combinada com a energia térmica do sol, induz a água a girar à medida que flui. Os
pequenos redemoinhos ajudam a colocar água em contato com a camada superior de evaporação,
mantendo o sal circulando, em vez de se estabelecer e entupindo.
A equipe construiu vários protótipos, com um, três e 10 estágios, e testou seu desempenho em água de
salinidade variável, incluindo água natural do mar e água que foi sete vezes mais salgada.
A partir desses testes, os pesquisadores calcularam que, se cada estágio fosse ampliado até um metro
quadrado, produziria até 5 litros de água potável por hora, e que o sistema poderia dessalinizar a água
sem acumular sal por vários anos. Dada essa vida útil prolongada e o fato de que o sistema é totalmente
passivo, não exigindo eletricidade para funcionar, a equipe estima que o custo geral de administrar o
sistema seria mais barato do que o que custa produzir água da torneira nos Estados Unidos.
“Nós mostramos que este dispositivo é capaz de alcançar uma vida longa”, diz Zhong. Isso significa que,
pela primeira vez, é possível que a água potável produzida pela luz solar seja mais barata que a água da
torneira. Isso abre a possibilidade de a dessalinização solar abordar problemas do mundo real.
O financiamento para a pesquisa na Universidade Jiao Tong de Xangai foi apoiado pela Fundação de
Ciências Naturais da China.
O materialneste comunicado de imprensa vem da organização de pesquisa de origem. O conteúdo
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