Objetivo: Explorar a experiência “Produção de água potável a partir de água do mar usando a energia solar” através da montagem de uma caixa solar capaz de purificar água salgada.

Descrição

A água é um bem essencial para que exista vida na Terra. A superfície terrestre é essencialmente coberta por água, cerca de 75 %, sendo que a maior parte está contida nos oceanos, ca. 97,5 %. Da água doce que resta, apenas 0,3 % está ao alcance do Homem, estando a restante percentagem distribuída pelas águas subterrâneas, glaciares, entre outros.

Face à deterioração dos recursos hídricos existentes resultado de um aumento da população mundial assim como do aumento da poluição, estima-se que futuramente cerca de dois terços da população mundial não terá água potável suficiente. Por este motivo é necessário encontrar alternativas para a obtenção de fontes de água doce, tanto para consumo humano como para a indústria ou agricultura. A dessalinização surge como uma alternativa pois utiliza como matéria-prima água do mar cuja disponibilidade é muito elevada. A dessalinização consiste na remoção ou redução da concentração de sais dissolvidos na água do mar, tendo em vista a obtenção de água doce.

O processo de dessalinização assemelha-se ao ciclo hidrológico da água, isto é, a água que se encontra nos rios e mares, devido ao calor proveniente do sol, vai evaporar para a atmosfera. Na atmosfera, arrefece e condensa formando pequenas gotículas de água – nuvens. Posteriormente, a água volta à superfície terrestre sob a forma de precipitação – chuva, neve ou granizo. No presente trabalho, o processo de dessalinização ocorre simulando as condições do ciclo hidrológico da água, ou seja, a água do mar é aquecida pelos raios solares (lâmpada de halogéneo) para produzir vapor de água. O vapor de água é depois condensado numa superfície fria inclinada e, posteriormente, é recolhido como produto final.

Descrição da instalação experimental

O dessalinizador solar é constituído por uma base em acrílico, por um vidro (cobertura) e por uma superfície negra plástica que reveste a base de acrílico. Para medir a temperatura da água salgada e da superfície exterior do vidro usam-se 2 termopares. A radiação solar e o vento são simulados por uma lâmpada de halogéneo de 500 W e uma ventoinha, respetivamente.

Figura  - Esquema representativo da instalação experimental de um dessalinizador solar.

A radiação emitida pela lâmpada de halogénio atravessa o vidro e é absorvida pela superfície negra da base em acrílico. Esta superfície por sua vez emite radiação no infravermelho, ou seja calor, aquecendo a água salgada. À medida que a água é aquecida, forma-se vapor de água que condensa na superfície interior da cobertura de vidro formando gotas. Estas gotas vão escorrer pelo vidro até uma calha onde são recolhidas. O aquecimento da água e consequente evaporação ocorre pois a cobertura de vidro é transparente à radiação solar e opaca em relação à radiação infravermelho emitida pela água quente.

Material:

-  Dessalinizador

-  Vidro com TiO2 (optativo)

-  Termopar

-  Ventoinha

- Projetor com lâmpada de halogéneo de 500 W

- Água salgada

Procedimento experimental:

1. Cobrir a base do dessalinizador com material plástico de cor preta, cuja função é absorver a radiação emitida pela lâmpada de halogéneo.

2. Colocar uma camada de esferovite na base e nas laterais do dessalinizador para prevenir perdas de calor.

3. Colocar um termopar no dessalinizador para a medição da temperatura da água salgada.

4. Colocar o foco de luz (Projetor com lâmpada de halogéneo) horizontalmente acima do sistema de forma a maximizar a quantidade de luz incidente. Do lado oposto à luz, colocar a ventoinha – Figura 1. A lâmpada de halogéneo e a ventoinha são utilizados para simular radiação solar e o vento, respetivamente.

5. Colocar água salgada no dessalinizador.

6. Colocar o vidro como cobertura do dessalinizador.

7. Ligar o projetor e a ventoinha e quantificar a água potável formada.

E se…o que acontece?

·         Efetuar experiência com um vidro com TiO2.

Explicação:

O processo de recolha de água potável pode ser mais ou menos lento consoante a intensidade de luz incidente, ou seja, em condições reais variará ao longo do dia e ao longo das estações do ano (a intensidade de radiação solar é variável ao longo do dia e sazonal). Por outro lado, dependendo da inclinação do vidro superior, a recolha de água potável poderá ser também mais lenta ou mais rápida. De forma a acelerar o processo de recolha de água, o vidro superior poderá ser revestido com uma camada de dióxido de titânio. O vidro é geralmente hidrofóbico, ou seja, a água forma gotas individuais na sua superfície. Quando revestido com dióxido de titânio e irradiado com luz torna-se hidrofílico, ou seja, apresenta afinidade com a água. Esta propriedade faz com que a tensão superficial entre a gota e a superfície do vidro seja muito baixa em relação ao ar, levando à criação de uma fina camada de água sobre a superfície, quando exposta a radiação. Assim, em vez de haver formação de gotas individuais, a água espalha-se uniformemente pela superfície formando um filme de água.