R. Rahmani 1 A.N Kaabi 2 1 Laboratoire Energie et Environnement, université entouri Constantine, Algérie. 2 Laboratoire Energie et Environnement, université entouri Constantine, Algérie. * Rym Rahmani rrimr81@yahoo.fr DISTILLATEUR SOLAIRE A FIL CAPILLAIRE A PLUSIEURS ETAGES, EFFET DE CERTAINS PARAETRES THEROPHYSIQUE SUR LE RENDEENT Résumé : L approvisionnement en u potable est denu le problème le plus préoupant de notre époque, puisque la demande en u roît tandis que les ressoures naturelles diminuent ou tendent à disparaître. Une des solutions qui peut ontribuer à l augmentation des potentialités en u est le dessalement de l u de mer ou des ux saumâtres. Le proédé le plus adéquat pour effetuer e dessalement est la distillation solaire, vu sa simpliité, son moindre oût et surtout la disponibilité de la soure d énergie. Notre travail à pour but l étude de la prodution d u doue d un distillateur à film apillaire à plusieurs étages et l étude de l influene de ertains paramètres thermo physiques sur la prodution afin de l optimiser. Les résultats obtenus onfirment que ertains paramètres thermo physiques influent sur la prodution, ar es paramètres dépendent diretement de la température de la saumure qui influe diretement sur le rendement. ots lés : Distillation solaire, Film apillaire, Plusieurs étages, Paramètres thermophysique Nomenlature Ai Surfae du orps d indie i, m² Cpi Chaleur massique à pression onstante du orps d indie i, J/kg. C E Effiaité, % h ij Coeffiient d éhange thermique entre les surfaes matérielles indiées i et j, W/m². C I Rayonnement solaire, W/m² Lv Chaleur latente de vaporisation, kj/kg Q ij Quantité de haleur éhangée entre les surfaes matérielles indiées i et j, W T Température, C Lettres greques α Coeffiient d absorption Indies / Exposants onvetion Condenseur, ondution D Diret d diffus e Externe Évaporation G,g globale i interne v,g vitre w u 1. Desription du système L appareil, dans sa version à un seul étage, est une ellule parallélépipédique formée par deux plaques métalliques 1m x 1m disposées vertialement fae à fae. L u saumâtre, à distiller, s éoule lentement, par gravité, sur un ôté de la plaque métallique. Sa bonne mouillabilité est assurée par un tissu gaz hydrophile qui adhère par apillarité sur la totalité de la surfae de ruissellement. L autre ôté de la même plaque est peint en noir et est exposé au rayonnement solaire : est la plaque évaporante. La vapeur d u produite quitte le tissu gaz hydrophile et va se ondenser au ontat de l autre plaque qui se trouve juste en fae : est la plaque ondensante. L u, ainsi distillée, est reueillie au pied de ette même plaque ondensante grâe à un olleteur. Le résidu est reueilli, aussi, au pied de la plaque évaporante par un autre olleteur.
Les équations sont misent en évidene suivant la loi suivante : n dt i = Q ij + Pi i =1 i p i 1 Pi : terme de soure ou de puits. Les équations de transferts d un distillateur à étages sont : Au nivu de la ouverture vitrée : dt Tv v C v v = P g + h 1 v T 1 T v +ε 1 v σ T1 v-a T v T a ε v σ Tv Ta 2 Figure 1 : Shéma de prinipe du proessus évaporation-ondensation à un seul étage Ce distillateur offre, aussi, la possibilité d assoier, en série, plusieurs étages parallélépipédiques. On peut ainsi disposer d un distillateur de deux à six étages, géométriquement identiques. Il onstitue une série thermique, est à dire, la haleur dégagée, par la ondensation de la vapeur sur une fae de la paroi, sert à l évaporation d un autre film d u saumâtre ruisselant sur l autre fae de la même paroi, ainsi, la paroi ondensante du premier étage est une paroi évaporante du deuxième étage et paroi ondensante du deuxième étage est une paroi évaporante du troisième étage et. [1,2] Au nivu du premier étage Absorbeur-évaporateur1 dt 1.C1 1 = D.Lv1 1 1. T1 T1 h1 v T1 Tv + ε 1 1.σ T1 T1 +.C. T1 T ε 1 v.σ. T1 Tv h1 1 T1 T1 Condenseur1 dt 1.C1 1 = D.Lv1 + h 1 1. T1 T1 + ε 1 1.σ. T1 T 1 2 1 T 1 T1 Au nivu du deuxième étage 2. ise en équation des éhanges thermique L évaporateur2 dt 2.C2 2 = D.Lv2 2 2.T2 T2 ε2 2.σ T2 T2 +.CT2 T +h2 1.T2 T1 T T 2 2 2 2 5 Condenseur2 : dt.c 2 = D.L + h.t T v2 2 2 2 2 2 2 T +ε.σ. T 2 2 2 2 T T 2 2 +h T T 2 2 2 2 6 Figure 2 : Bilan énergétique d un Distillateur solaire à film apillaire à quatre étages ---------------------------------------------------------
.2 L effiaité interne dt dt Au nivu du troisième étage l évaporateur DL. = v ε +. T T. σ T T T T + h 2. T T 2 T T ondenseur dt. C = D. L + ε v + 7 h. T T. σ. T T T T + h T T 8 Au nivu du quatrième étage l évaporateur dt = D. Lv. T T ε + h. σ T T T T + h. T T T T ondenseur = D. L v + h ε + a ε. σ. 9. T T. σ. T T T T a + h T T T T. Effiaités Interne et globale [,] a 10.1 L effiaité globale L effiaité globale est définie par le rapport: η g = Quantitétotaled'udistillée L v Radiations solairquisespar la vitre Q η g = I A G g 11 Si l effiaité globale rapporte la quantité d u produite à l énergie solaire tombant sur une surfae horizontale, elle ne fait pas mention de la quantité d énergie entrant réellement dans le distillateur, d autant plus qu un distillateur est onstruit en général pour un lieu donné et ave une pente fixe. Un hangement de pente et de la loalité fait varier la quantité d énergie qui entre dans le distillateur. On définit don une effiaité dite interne qui tient ompte de tous es paramètres et qui est définie par : Q η i = Q w 12 Pour le distillateur à Film Capillaire, w l expression de Q est : [ I D α GD + Id α GD ] [ + TD ] Ag Q w= α Q 1 w = α t I G A g 1 α t = α + T D 15 D où TD : le oeffiient de transmission global du rayonnement diret. Simulation mathématique Pour le régime transitoire, la plus rigoureuse est une simulation pas à pas, qui rend ompte de l évolution des températures de tous les éléments du distillateur dans le temps et dans l espae. Les données météorologiques proviennent de fihiers vitesse du vent et température ambiante ou des formules approhées température du iel, ette méthode néessite des aluls numériques. La seonde démarhe est elle suivie par HOTTEL, WHILLIER et BLISS [5]. Elle suppose que le régime est permanent et que les éléments du distillateur se trouvant haun à une température moyenne onstanteette approhe néglige les effets transitoires mais elle onstitue un outil ommode pour un alul de oneption, bien qu il faille, là aussi, proéder à des itérations. Les données météorologiques sont traitées omme préédemment.
5. Résultats et disussion 5.1 Variation des températures des différents omposants du distillateur La figure représente la variation temporelle des températures de haque omposant du distillateur, depuis la température de la vitre jusqu au dernier ondenseur, passant par les différents étages du distillateur. On remarque que la température de l évaporateur 1, qui se trouve très prohe de la vitre, don reçoit diretement une quantité d énergie du flux solaire inident, ontrairement aux autres évaporateurs qui réutilisent la haleur dégagée par ondensation des mêmes plaques évaporantes- ondansantes. On remarque aussi qu il y a une dégradation de température dûe à l introdution de l u saline, au nivu de haque étage, qui absorbe une quantité de haleur néessaire à la ondensation. Les températures des deux ôtés de haque plaque de séparation, des différents étages du distillateur, à savoir : plaque évaporante- ondensante, sont prohes les unes des autresela est dû au fait que la plaque possède une ondutivité thermique importante. L éart de température entre le premier évaporateur et le premier ondenseur première ellule, est supérieur aux autres éarts des différents étages du distillateur. Par ontre, les valeurs maximales de température sont atteintes entre 12h00 et 1h00. 5.2 Effet de Certains Paramètres Thermo Physiques da la Saumure Sur le Rendement On a hoisi d étudier l effet de ertains paramètres thermo physiques sur l effiaité interne et globale, du premier étage du distillateur solaire à film apillaire à quatre étages. 5.2.1 Effet de la asse Volumique de la saumure Sur l Effiaité Selon les figures et 5, la masse volumique de la saumure varie légèrement, don son influene sur les effiaités interne et globale n est pas importante, mais on ne peut pas la négliger. Don on peut dire que l effiaité est proportionnelle à la masse volumique. Figure : Effet de la masse volumique sur l effiaité interne Figure : Variation temporelle des différentes températures du distillateur Figure 5 : Effet de la masse volumique sur l effiaité globale
5.2.2 Effet de la haleur spéifique de la saumure Sur l Effiaité Nous avons représenté la variation de la haleur spéifique et les effiaités interne et globale, afin de voir l effet de la haleur spéifique sur es effiaités. D après les figures 6 et 7 la haleur spéifique varie légèrement et prend une allure inverse que elle des effiaités, Don elle influe inversement sur l effiaité. Figure 7 : Effet de la haleur spéifique sur l effiaité globale Figure 6 : Effet de la haleur spéifique sur l effiaité interne Référenes [1]. El Haimer,. Barkaoui, A. Irhzo & H. Le Goff Distillateur solaire rustique, à film apillaire et à multiples effets essais expérimentaux à Casablana, aro 2002 [2] R & C. Ouahes, P & J. Legoff, A hardy, high yield solar distiller of brakish water, Desalination, 1989 [] H. Tanaka, T. Nosoko, T. Nagata, Parametri investigation of a basin- typemultiple- effet oupled solar still, Desalination 10 2000 295-0. [] E. Zayouti, L. Bouirden, A.A. Haroune &. Banoumi, Distillation solaire : Amélioration de la ondensation de la vapeur d u dans les distillateurs solaires, Tétouan-aro 2002 [5] Smith,.Sidem, prodution d u doue par dessalement, Paris, P.