Modelagem e prototipagem virtual de dispositivo de produção de eletricidade e dessalinização de água a partir de fonte heliotérmica

Abstract

Este trabalho tem o objetivo de desenvolver a modelagem e a prototipagem virtual de um dispositivo de pequeno porte destinado à produção de energia limpa e à dessalinização de água, utilizando fonte heliotérmica. A proposta fundamenta-se no uso de dispositivo de disco parabólico com receptor térmico em seu ponto focal, além de turbina radial de reação de pequeno porte, acoplada a um gerador de eletricidade e condensador para a água dessalinizada, desta forma, obtem-se sequencialmente, a microgeração de eletricidade e o aproveitamento térmico para obtenção de água potável a partir de água salgada. A motivação central é enfrentar dois grandes desafios contemporâneos: a transição energética frente às mudanças climáticas e a crescente escassez hídrica, sobretudo em regiões isoladas ou com acesso limitado à infraestrutura energética e sanitária. Como métodos empregou-se a modelagem matemática, física e computacional para representar os fenômenos termodinâmicos, ópticos e mecânicos envolvidos no sistema. A modelagem descreveu desde a geometria e refletividade do disco parabólico até os processos de transferência de calor no receptor, geração e expansão do vapor na turbina de reação, conversão eletromecânica no gerador síncrono e condensação do vapor. O uso de scripts em Python possibilitou simular numericamente o desempenho do sistema e desenvolver coeficientes de ajuste iterativo dos parâmetros empregados. Complementarmente, especificações de projeto foram propostas e ensaios físico-químicos planejados para futura validação experimental e em linha de produção. Como resultados, obteve-se um modelo funcional que permite prever o desempenho do sistema em termos de geração de eletricidade e capacidade de dessalinização, considerando condições climáticas típicas do estado de São Paulo. O modelo explicitou que é possível alcançar eficiência superior à observada em sistemas fotovoltaicos de pequeno porte, além de oferecer a vantagem da inércia eletromecânica e harmônicos, ausente em fontes baseadas em eletrônica de potência. O sistema mostrou-se promissor para aplicações descentralizadas, com potencial de contribuir para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 6 e 7. Além disso, como produto tecnológico na área de Engenharia de Produção, o trabalho originou registro de desenho industrial, junto ao INPI. Como limitações, o trabalho apresenta o fato de as simulações terem sido realizadas com base em condições ideais, sem validação prática via protótipo físico. Além disso, não foram abordadas questões econômicas e de integração do sistema às redes elétricas e hidráulicas residenciais, o que poderia restringir sua aplicação imediata em larga escala.