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Sistema de desmineralização de baixo custo
COLÉGIO ESTADUAL ZUMBI DOS PALMARES – E.F.M.PProjeto de IC – “Água – Prêmio Jovem Cientista”Aluno: Roger VicenteOrientador: Carlos Augusto Ehrenfried
IntroduçãoCNPq: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.
Missão do CNPq: Financiamento de pesquisas científicas e tecnológicas nas diversas áreas do conhecimento, com bolsas e auxílios.
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PJC: O Prêmio Jovem Cientista é uma parceria do CNPq, com a Fundação Roberto Marinho, a Gerdau e a GE.
Missão do PJC: Tem como objetivos revelar talentos, impulsionar a pesquisa no país e investir em estudantes e jovens pesquisadores que procuram inovar na solução dos desafios da sociedade.
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Tema proposto pelo PJC para pesquisa no ano de 2013: “Água – Desafios da Sociedade”.
Eixos temáticos:• Gestão de bacias hidrográficas.•Tratamento e reuso da água.•Água e saúde pública.•Uso da água para geração de energia.•Tecnologias para dessalinização da água.
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1 United Nations, http://www.un.org/waterforlifedecade/background.shtml, em 15/11/2013.
“A água é uma substância essencial para a vida no planeta terra.1”
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1 CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (CONAMA). Resolução 357. Classificação das águas, de 17 de março de 2005, Diário Oficial da União. Seção 1, 31 mar, 2005.
A água pode ser classificada1 de acordo com os resíduos nela encontrado, dependendo da finalidade de seu uso ou de acordo com o resíduos minerais dissolvidos nela.
•Menor que 50 mg/L CaCO3 - água mole;
•Entre 50 e 150 mg/L CaCO3 - água com dureza moderada;
•Entre 150 e 300 mg/L CaCO3 - água dura;
•Maior que 300 mg/L CaCO3 - água muito dura.
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Para aplicações como combate a incêndio ou lavagem das ruas, a água teria de ser muito dura antes de causar problemas. Para outros usos, tanto domésticos como industriais, no entanto, a água dura causa muitos inconvenientes provocados pela incrustação dos sais, além da incapacidade ou dificuldade de o sabão fazer espuma.
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Abastecimento do município de Colombo: majoritariamente de lenços freático e da bacia do Altíssimo Iguaçu, que esta sobre a formação capiru1.
1 MINEROPAR. Mapa Geológico do Estado do Paraná. 2006.8
Formas de eliminação de sais minerais da água:•Abrandamento.•Destilação (Método mais utilizado1, alto custo2).•Desmineralização por troca iônica.
1 BENDASSOLLI et al., Química Nova. 26(4), 612, 2003.2 SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Pearson Prentice Hall. 2, 334, 2009.
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Troca iônica: Feita através de resina especial, capaz de efetuar a troca de íons de interesse presente em solução1,2.
1 BENDASSOLLI, et. al., Química nova, 19(2), 195, 1996.2 KUYA, et. al., Química Nova. 13, 205, 1990.
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•Montagem de um equipamento de desmineralização.•Analise de dados de dureza (via condutividade µs/cm) para água da rede de abastecimento, água de destilador simples, e água de destilador tipo pilsen.•Determinação de custo total para cada equipamento.
Metodologia
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Materiais utilizados:
•4X Tubo de PVC 50mm•1X Tubo de PVC 25mm•3 Litros de resina iônica mista•0,7 Kg de carvão ativado•4X Manta acrílica•8 X Bucha de redução soldável•8X Joelho soldável 25mm•4 X Luva soldável 50 mm•4 X União soldável 50mmX50mm•1X União soldável 25mmX25mm•1X Lixa de Ferro•1X Tubo de cola PVC•2x Luva rosca/cola 25mm•2x torneira plástica
Foto 01 – Desmineralizador.
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Ao final do seu ciclo a resina torna-se saturada, sendo necessário regenerá-la.•A regeneração ocorre normalmente utilizando-se o ácido clorídrico, e Hidróxido de Sódio1,2.
1 - Resina mista saturada. 2 - Resina Mista saturada separada por densidade.
Foto 02 – Resina saturada.
1 BENDASSOLLI, et. al., Química nova, 19(2), 195, 1996.2 KUYA, et. al., Química Nova. 13, 205, 1990.
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Visando maior durabilidade da resina, utilizou-se carvão ativado para eliminação de cloro.•O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos ou impurezas no interior dos seus poros.
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A reutilização da resina gera resíduos com os mais variados íons. Visando utilizar este resíduo foi elaborado uma célula de energia do tipo Al-Air Baterry1,2 para a produção de energia a partir da oxidação do alumínio.
1 CHASTEEN, et. Al., Teach. 46, 544, 2008.2 TAMEZ, J.; YU J.H., J. Chem. Educ. 84(12), 1936, 2007.
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Resultados
Fonte Condutividade elétrica em µs/cm
Água da Rede 79,3
Dest. Serpentina 2,0
Dest. Pilsen 0,0
Desmineralizador 0,0
Tabela 01 – Valores médios de condutividade elétrica observada.
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Equipamento W L
Dest. com serpentina 750 1,14
Dest. Pilsen 700 41
Desmineralizador 0 1
Tabela 02 – Valores de consumo em Watts (W) e litros de água (L) por litro de água destilada produzida.
Consumo Quantidade Valor (R$)
Água 1 m3 2,363
Energia Elétrica 1 kWh 0,386534
Tabela 03 – Custo em reais para energia elétrica e água.
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Equipamento Custo em R$/L
Dest. com Serpentina 0,29259432
Dest. Pilsen 0,3650938
Desmineralizador 0,002363
Tabela 04 – Custo de produção em Reais para obtenção de 1 litro água sem sólidos dissolvidos.
• O ciclo de saturação da coluna ocorreu após desmineralização média de 800 litros de água.• Foi Utilizada uma solução 8% de HCl para a resina catiônica e de 4% de NaOH para a resina aniônica, sendo necessários 10 litros de cada solução para total regeneração.
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• O custo mais baixo para cada litro de água sem sólidos dissolvidos é do sistema de desmineralização, não consumindo energia e não havendo perca de água.
• O maior grau de pureza (sem sólidos dissolvidos), foi obtido no sistema de desmineralização.
• A reutilização da água de regeneração propiciou um sistema de geração de energia de baixo custo.
Conclusão
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