Sistema de dessalinização por osmose reversa acionado por gerador fotovoltaico com conversor de freqüência

Abstract

Uma fração importante dos aqüíferos da Região Nordeste do Brasil apresenta água com níveis de salinidade elevados (maior que 3.000 mg.L-1). A população que habita essas regiões não conta com suprimento de água nem de energia elétrica convencional, para acionamento de possíveis sistemas de bombeamento e dessalinizadores. Entretanto, sistemas fotovoltaicos podem ser utilizados em forma confiável para operá-los. Sistemas de osmose reversa, hoje largamente utilizados no mundo, são uma alternativa válida para prover de água potável as populações em localidades remotas. Neste trabalho são estudadas as condições operacionais de um sistema de osmose reversa (OR) com 3 membranas em série, com capacidade de produção de 250 L.h-1 e grau de salinidade máximo de 5.000 mg.L-1, operado em três configurações: Configuração A tem o sistema de OR conectado diretamente a energia elétrica convencional, obtendo resultados da unidade com freqüência fixa (60 Hz); Configuração B utiliza um conversor de freqüência como interface entre a rede elétrica e o sistema OR, possibilitando o ensaio para várias freqüências de rotação do motor; e Configuração C utiliza o conversor de freqüência entre o gerador fotovoltaico com 16 módulos em série de 55 Wp cada e o sistema de osmose reversa (OR-FV). Os resultados obtidos na Configuração A representam o comportamento do sistema OR em função das variáveis em estudo: pressão, vazão e concentração de entrada, vazão e concentração do permeado, para diversas posições da válvula de controle (VA) do fluido na saída da unidade de OR. Na Configuração B são obtidos resultados experimentais para diversas freqüências de operação, vazão e pressão de entrada no sistema de membranas e salinidade da água de alimentação, para três posições da válvula de controle (VA). Determina-se a região de operação, ou seja, vazão mínima e máxima e pressão mínima e máxima, de acordo com as características da membrana utilizada e o tipo de água a ser tratado. São também determinados os parâmetros operacionais mais importantes: água dessalinizada e fator de recuperação vs. pressão de operação para vários graus de salinidade. Os resultados são utilizados como parâmetros de entrada para projetar o sistema fotovoltaico que aciona o equipamento de osmose reversa. Com o sistema de osmose reversa conectado ao gerador fotovoltaico (Configuração C), foram realizados ensaios para duas salinidades de entrada: 2.000 e 5.000 mg.L-1. Operando com salinidade igual a 2.000 mg.L-1 e irradiação igual a 14,19 MJ.m-2, o equipamento produziu 626 L/dia de água dessalinizada e com uma concentração de entrada de 5.000 mg.L-1 e irradiação de 18,23 MJ.m-2 foram produzidos 540 L/dia. Para 2.000 e 5.000 mg.L-1 de salinidade, os valores de consumo específico observados estiveram em torno de 3,7 e 6,1 kWh.m-3, respectivamente. Com o estudo do comportamento diário do sistema OR-FV para as duas salinidades, foi feito uma análise econômica do custo da água potável obtendo 6 US$.m-3 para 2.000 mg.L-1 e 10 US$.m-3 para 5.000 mg.L-1 e comparado com o custo da água de outras fontes de suprimento em localidades remotas