Captação de água da atmosfera – análise do potencial brasileiro e desenvolvimento de protótipos | Atmospheric water harvesting - brazilian potential analysis and prototypes development

A água é elemento indispensável para a vida na Terra. Porém, a má distribuição dos recursos hídricos juntamente com o crescimento da demanda hídrica contribuem para a escassez de água em diversas regiões. Diante destas circunstâncias, torna-se necessário o estudo de fontes complementares de água. A condensação do vapor de água presente no ar atmosférico tem uma grande importância de estudo, uma vez que a atmosfera possui uma quantidade de água comparável com toda a água doce superficial e subterrânea, excluindo geleiras. Cerca de 98% dos 13.000 km 3 de água doce são vapor de água. Assim, essa dissertação estuda os diferentes métodos utilizados para a captação de água do ar atmosférico, assim como apresenta (i) uma revisão do potencial de aproveitamento água da atmosfera como uma fonte suplementar para consumo doméstico e/ou irrigação, (ii) estimativa do rendimento de orvalho e análise do potencial de captação para utilização na agricultura, (iii) mapeamento do potencial captação de orvalho no território brasileiro, (iv) análise do rendimento de orvalho utilizando protótipos com plásticos e chapas metálicas como superfícies condensadoras para captação de orvalho por meio do resfriamento radiativo passivo, bem como o uso de módulos termoelétricos como superfície condensadora para a cidade de Viçosa- MG. Observou-se diferentes tecnologias utilizadas em diversos países do mundo, como: o resfriamento passivo, módulos termoelétricos, sistemas de climatização, uso de materiais porosos, uso de gelo e de refrigeradores como superfícies condensadoras. A estimativa de rendimento anual de orvalho para a cidade de Viçosa com média anual noturna de temperatura e de umidade relativa do ar de cerca de 16,36 °C e 92,73% respectivamente, foi de cerca de 47,18 mm. Comparando-se as estimativas de rendimento de água da atmosfera de todas as microrregiões dos estados do Brasil, observou-se que o estado que apresentou o maior potencial para captação de orvalho foi o estado do Amapá, provavelmente a sua maior quantidade de vapor de água na atmosfera deve ter influenciado neste resultado. Sobre o experimento de rendimento de orvalho por meio do resfriamento radiativo, observou-se uma média diária de orvalho para o plástico padrão OPUR de 0,151 mm/dia, 0,127 mm/dia para o plástico preto, 0,046 mm/dia para o alumínio anodizado, 0,140 mm/dia para a fita adesiva e 0,135 mm/dia para o plástico de polipropileno (celofane). Finalmente para o experimento ativo usando módulos termoelétricos, nota-se que a maior quantidade de água que poderia ser coletada foi de cerca de 2,04 L/m 2 /h com um consumo de cerca de 7,20 kWh. Assim, a captação de água presente na atmosfera se mostrou ser uma fonte viável, que embora seja coletada em pequena quantidade, pode ser essencial para complementar os recursos hídricos durante períodos prolongados de seca, podendo ser utilizada para irrigação, dessedentação animal e/ou consumo humano.

Water is an indispensable element for life on Earth. However, the uneven distribution of water resources and the growth of water demand contribute to water scarcity in several regions. Given these circumstances, it is necessary to study complementary sources of water. The water vapor condensation has a high importance for study since the atmosphere has an amount of water comparable to all surface freshwater and groundwater, excluding glaciers. About 98% of the 13,000 km 3 of freshwater is water vapor. Thus, this dissertation studies the different methods used to harvest water from air. In addition, it presents (i) a review of the water harvesting from atmosphere potential as an additional source for domestic consumption and/or irrigation; (ii) estimation of dew yield and analysis of its potential for use in agriculture; (iii) mapping dew harvesting potential in the Brazilian territory; (iv) analysis of dew yield using prototypes with plastics and metal sheets as condenser surfaces using passive radiative cooling, as well as the use of thermoelectric modules as a condensing surface for the city of Viçosa-MG. It was observed that different technologies were used in several countries of the world, including: passive cooling, thermoelectric modules, air conditioning systems, porous materials, ice and refrigerators as condensing surfaces. The estimated annual dew yield for Viçosa, with annual average temperature and relative humidity of about 16.36 °C and 92.73 %, respectively, was about 47.18 mm. Comparing the atmospheric water yield estimated for the microregions of the Brazilian states, it was observed that the state that presented the greatest potential for dew harvest was the state of Amapá, probably its highest amount of water vapor in the atmosphere should have significantly influenced this result. A dew yield for the OPUR plastic of 0.151 mm, 0.127 for the black plastic, 0.046 mm for the anodized aluminum, 0.140 for the adhesive tape and 0.135 for polypropylene plastic (cellophane) was observed on the radiative cooling experiment. Finally, for the active experiment using thermoelectric imodules, it is noted that the largest amount of water that could be collected was about 2.04 L/m 2 /h with a consumption of about 7.20 kWh. Thus, atmospheric water harvesting proved to be a viable source, and although it is collected in a small quantity, it may be essential to complement the water resources during prolonged periods of drought, and can be used for irrigation, animal watering and / or consumption human.