TCC_Destilador 2013

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Destilador 
Distiller
Resumo: Este projeto estabeleceu a criação de um destilador de água que tivesse condições inovadoras para se obter a diminuição do consumo de água. Visou, também, a economia de energia através de pesquisas e experimentos a fim de desenvolver uma solução eficaz, tornando o destilador mais sustentável. Por meio dos testes iniciais foi possível constatar a eficiência e economia da proposta do destilador em relação aos destiladores convencionais.
Palavras-chave: Destilador. Água destilada. Destilação econômica. 
Abstract: This design establishes the creation of a water distiller which had innovative conditions to obtain a reduction of water consumption . Aimed also the energy economy through research and experiments to develop an effective solution , making the most sustainable distiller. Through the initial tests , it determined the efficiency and distiller's proposal economy over conventional distillers.
Keywords: Distiller . Distilled water. Economic distillation.
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1 Introdução
Os destiladores atualmente utilizados não têm um bom custo benefício, principalmente no contexto atual, onde o Brasil se encontra em uma das piores crises hídricas já relatadas. 
Segundo Rossi Filho (2005), para cada litro de água destilada produzido, são descartados aproximadamente 60 litros de água. Além disso, para se obter esse um litro de água precisa-se que o destilador fique ligado em média por uma hora.
O consumo de energia elétrica está diretamente ligado ao consumo de água, uma vez que aproximadamente 74% da energia consumida no Brasil é gerada nas usinas hidrelétricas (ANEEL,2008).
Criar um destilador que tenha um baixo consumo de energia e um bom rendimento em relação à água utilizada é contribuir e muito para ajudar o país atravessar esta difícil fase que afeta a todos (MELLO, 2015), além de ser um grande passo para melhorias futuras. Desse modo, ressalta-se a relevância ao se buscar meios de aperfeiçoar esse processo industrial para que se obtenha água destilada com mais eficiência e baixo consumo. 
Assim sendo, o objetivo deste trabalho foi elaborar um destilador de água de baixo consumo e alta eficiência a fim de atender as indústrias e empresas que possam se interessar. Este projeto também teve como objetivos específicos:
Disseminar o conhecimento adquirido sobre os processos que envolvem a água destilada a fim de motivar outras pessoas a melhorarem seus processos;
Contribuir para a redução do consumo de energia no processo de destilação de água;
Contribuir para a redução de água necessária para se obter água destilada;
Trabalhar com tecnologias ainda não usadas neste segmento.
2 Materiais e Métodos
Esta pesquisa se classifica como exploratória porque, segundo Gil (2002) visa estudar um problema e explicitá-lo. A destilação é um processo de vaporização e condensação de um de líquido para purificar ou concentrar uma substância ou para separar uma substância volátil de outras substâncias menos voláteis. É o método mais antigo de purificação de água.
A metodologia foi iniciada com um breve histórico e a conceituação de água destilada e o processo de destilação. Em seguida, passou-se a elaboração de um novo destilador, observando-se o que preconizam as normas técnicas vigentes.
Entre várias pesquisas relacionadas ao processo de destilação e a fim de contribuir para a redução do consumo de água pelos equipamentos atualmente utilizados, identificou-se que é possível obter água destilada gastando menos matéria-prima.
3 Destilação: Histórico e Conceito 
Credita a Hipátia de Alexandria (370-415) a invenção de um instrumento para destilar água. O conhecimento da destilação passou do Egito para a Grécia (SOUZA, 2013).
O desenvolvimento da destilação eficiente, como também a invenção de um destilador de grande porte com coletor de vapor refrigerado é creditado aos árabes, eles criaram o processo de purificação de substâncias pela destilação, tais como o isolamento de substâncias aromáticas para perfumaria e de álcool para fins medicinais (BORGES, 2011).
3.1 Água Destilada
Água destilada é a água obtida por meio da destilação (condensação do vapor de água obtido pela evaporação) de água não pura (que contém outras substâncias dissolvidas). Enquanto que a água que bebemos é, em termos gerais, uma solução, a água destilada é, em princípio, uma substância em sua forma mais pura (apenas moléculas com dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio) livre de sais minerais, cloro, resíduos e diversas outras impurezas.
Esta água é largamente usada como solvente ou reagente na indústria farmacêutica, em hospitais, em baterias de carros, nos ferros de “engomar” a vapor (por forma a evitar a deposição de calcário), na biomedicina, em diversos laboratórios, em vários tipos de experimentos e é, também, a água ideal para determinar a densidade de um material segundo a tão conhecida balança de Arquimedes (TAVARES, 2005).
3.2 O processo de Destilação
O processo de destilação ocorre com a vaporização da água e condensação do vapor conforme desenho esquemático elaborado pelos autores deste artigo na 
4 O Experimento
4.1 A Proposta para o Destilador de Água 
Baseado na invenção da matemática Hipátia de Alexandria, o projeto deste destilador baseia-se em usar o gás GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) para aquecer uma determinada quantidade de água dentro de um invólucro de formato cônico. Neste invólucro será instalado um sensor de nível que controlará uma válvula solenoide. Esta válvula por sua vez, controlará a entrada de água. À medida que a água diminui devido a sua evaporação a válvula solenoide libera a entrada de água para manter o nível ideal dentro do invólucro e desta forma obtém-se um nível mínimo de água constante.
O vapor gerado pela evaporação da água será captado na parte superior do invólucro onde será condensado com ajuda de refrigeração externa e escorrerá até uma aresta interna do invólucro. Esta aresta direcionará a água até um tubo de saída do invólucro que externamente possuirá a forma de serpentina. A serpentina sofrerá um novo resfriamento para garantir o máximo de condensação de todo o vapor gerado.
A água destilada será armazenada em um recipiente que terá três sensores. Um sensor para monitorar a temperatura da água, um sensor que fará a leitura da condutividade da água e outro sensor que irá monitorar o nível no recipiente. 
A válvula solenoide e os sensores serão ligados a um microprocessador que irá controlar toda a execução do processo.
De acordo com os valores medidos pelo sensor de condutividade serão realizados testes e ajustes necessários para que a água produzida pelo destilador seja compatível com a água que se espera deste tipo de equipamento.
Uma boa água destilada tem a condutividade elétrica praticamente nula.
De acordo com os tratamentos de água pesquisados (TRATAMENTO, 2008) a condutividade da água deve ser medida preferencialmente quando a água se encontra numa temperatura de 25°C. Para monitorar essa grandeza, será colocado o sensor de temperatura NTC 2,2KΩ. 
Os sensores NTC (Negative Temperature Coefficient) possuem um coeficiente de temperatura negativo, ou seja, são sensores resistivos que aumentam sua resistência à medida que a temperatura diminui. Estes sensores serão usados pela sua eficiência na faixa de trabalho exigida e pelo seu baixo custo. A curva de um NTC é fácil de ser calculada, geralmente é um polinômio do segundo grau.
Após colocar os sensores de condutividade em contato direto com a água será injetada uma diferença de potencial e como resposta se obterá uma corrente elétrica. Aplicando a lei de Ohm (Ω) = R = U/I, sendo I = corrente elétrica, U = tensão e R = resistência. O valor de condutividade é o inverso do valor de resistência = G = 1/R, onde G= condutância e R= resistência. Para que a água seja considerada pura é necessário que o valor de condutividade (SI) seja menor que 55nS/cm. Se aágua atender a esse parâmetro ela pode ser considerada água pura tipo III.
Existem três tipos de água na qual são classificados de acordo com algumas especificações, relatadas na Tabela 1.
Tabela 1
Especificações e controle de água e reagentes
	Parâmetro
	Grau 1
	Grau 2
	Grau 3
	pH a 25°C
	Não se aplica
	Não se aplica
	5.0 a 7.5
	Condutividade Max. (µS/cm a 25°C)
	0.1
	0.1
	5.0
	Matéria oxidável (mg/l max. de oxigênio)
	Não se aplica
	0.08
	0.4
	Absorbância (254nm e caminho óptico de 1 cm) 
	0.001 UA
	0.01 UA
	Não se aplica
	Resíduo de evaporação (aquecimento de 110°C mg/kg)
	Não se aplica
	1
	2
	Conteúdo max. de Sílica (SiO2) – mg/l
	0.01
	0.02
	Não se aplica
Fonte: ISO 3696:1987.
Conforme EN-ISO 3696:1987, á água pura tipo III é satisfatória para alguns testes laboratoriais gerais; para análise mais qualitativa, tais como os procedimentos de análise de urina, histológicos e parasitológicos; para a lavagem de amostras para análise; preparação de soluções de referência; e para a lavagem de vidraria (vidraria enxágüe final deve ser feito com o tipo especificado para a água realizado procedimento).
4.2 Tratamento dos Dados 
Para processar as informações de entrada e saída, leitura de sensores, conversão de dados, comandos analógicos entre outras funções, foi utilizado o microprocessador ATMEL 328P-PU de 8 bits e 32K. Este microprocessador é um dispositivo que trabalha no padrão TTL (“Transistor – Transistor Logic”) que facilita a compatibilidade com o restante do circuito. Este componente permite controlar todo o processo usando na linguagem C++.
A linguagem de programação C++ é uma linguagem que tem uma enorme variedade de códigos, esta variedade possibilita a programação em altos e baixos níveis e é bastante usada para esse tipo de aplicação atualmente. 
Um sinal TTL deve estar de acordo com uma especificação de tensão e corrente de saída, uma especificação de tensão e corrente de entrada, e uma especificação de tempo de subida/descida. Para qualquer hardware, o sinal deverá também ter uma largura de pulso mínima.
Embora o protótipo ainda não tenha sido construído, um software de simulação foi usado para emular os possíveis resultados da parte eletrônica do projeto. 
O software utilizado foi o PROTEUS ISIS para a montagem e simulação do esquema eletrônico, inclusive a programação. 
Os arquivos para produção das placas foram desenvolvidos no software PROTEUS ARES, que realiza a simulação eletrônica muito completa. Ele permite montar e simular os circuitos elétricos. Permite, também, fazer as plantas baixas e montar os esquemas eletrônicos permitindo que o usuário projete as placas e as visualize em um esboço tridimensional (3D). 
4.3 Materiais Adequados para a Montagem do Destilador
A destilação eficiente de água depende em boa parte dos materiais usados na construção do destilador. É importante que os materiais sejam resistentes a altas temperaturas e que sejam bons condutores térmicos. 
Por outro lado, quase todas as ligas metálicas se deterioram pelo ataque que sofrem no meio ambiente onde são utilizadas (SOARES, 1997). Canos feitos com cobre e outros metais não atendem aos requisitos necessários para produção de água destilada, pois reagem com soluções salinas ácidas e liberam metais na solução. Também não é recomendável aço inox devido ao elevado custo e ao risco de liberar metais na solução ao longo do tempo de uso (QUAL, 2014). 
Os tubos de alumínio são leves e fáceis de instalar, são fáceis de limpar, têm um longo tempo de vida útil e o custo benefício é extremamente vantajoso. Diante da comparação dos materiais pesquisados o alumínio mostrou-se o mais adequado para construção do destilador de água.
5 Resultados
Para comprovar a eficiência da fonte de energia GLP em relação à energia elétrica, foi realizado um experimento no laboratório de química do Centro Universitário de Belo Horizonte – UniBH. O experimento consistia em evaporar 100mL de água através do aquecimento produzido por energia elétrica e outros 100mL de água através do aquecimento produzido pelo GLP. Ao final do experimento foram comprados os gastos com as duas fontes de energia. A Figura 2, Figura 3 e Figura 4 ilustram os procedimentos realizados em junho de 2015.
Figura 2 – Experimento utilizando o GLP
Figura 2 – Experimento utilizando o ebulidor
Figura 3 – Alicate amperímetro utilizado no experimento
5.1 Comparação dos gastos
Cálculo do custo da energia elétrica consumida (ANEEL,2008):
R$ total =
Potência * tempo de uso * valor por KWh 
 1000
Sendo assim:
(220*4,05)*(20/60)*0,83969871 = R$ 0,25
 1000
Cálculo do custo do GLP consumido (DIDÁTICA SP, [s.d.]):
R$ total =
Consumo do bico * tempo de uso * valor por grama 
 vazão do bico
Sendo assim:
70*1*(45/13000) = R$ 0,03
 (5/1)
6 Discussão
Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios, pois, mediante aos cálculos observou-se que o gasto com aquecimento usando como fonte de energia o GLP é aproximadamente oito vezes menor que o gasto com aquecimento que usa a eletricidade como fonte energia. Porém, o tempo gasto para se evaporar a mesma quantidade de água com o aquecimento a gás foi duas vezes maior que o tempo gasto com o aquecimento a base de energia elétrica. 
7 Conclusão
O processo de destilação de água, apesar de simples, exige um planejamento detalhado e uma pesquisa minuciosa quando se tem a intenção de fazê-lo de maneira econômica. Entre tantos outros, esta pesquisa englobou: tipos de materiais para sua fabricação; fontes de energia; dimensionamento correto de recipientes; cálculos de rendimento e comparativo de custos.
Destilar água economizando energia e a própria água não é uma tarefa fácil. 
Até o momento o projeto de um destilador de água que usa o gás GLP como fonte de energia mostrou-se eficiente e econômico em relação aos destiladores convencionais. 
As conquistas posteriores através deste projeto foram bem promissoras, uma vez que a água destilada atende grandes setores no mercado. Para isso é imprescindível que todos estejam cientes de que a preservação dos recursos é um grande passo para o futuro com uma sociedade mais conscientizada.
Os autores pretendem levar o projeto adiante e conquistar ainda mais resultados positivos. Mediante os resultados satisfatórios obtidos, espera-se que certamente este projeto, depois de finalizado, seja de grande impacto na economia de energia e de água usadas para a destilação. 
Agradecimentos
A professora Janeth que nos orientou em todas as dificuldades encontradas para a elaboração deste trabalho.
A todos os componentes do grupo que se comprometeram e dedicaram até o final da elaboração deste artigo.
Ao Centro Universitário de Belo Horizonte – UniBH que nos cedeu o laboratório de química para a realização do experimento.
E a todos que direta ou indiretamente ajudaram na execução deste trabalho.
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Referências�
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