7/17/2019 Art11-4_15

1/8

Revue des Energies Renouvelables Vol. 11 N4 (2008) 635 642

635

Etude exprimentale dun distillateur solaire plan amlior

N. Retiel*, F. Abdessemed et M. Bettahar

Laboratoire de Modlisation Numrique et Exprimentale des Phnomnes Mcaniques,Dpartement de Mcanique, Universit de Mostaganem,

B.P. 300, 27000 Mostaganem, Algrie

(reu le 30 Novembre 2007 accept le 25 Dcembre 2008)

Rsum - Il sagit dans ce travail, de la mise en place dun banc dessai exprimental dun

modle de distillateur plan effet de serre. Le problme traiter consiste amliorer laproduction deau distille en apportant des modifications sur ce nouveau modle de distillateur

avec lutilisation dun rflecteur plan pour augmenter le flux solaire global reu, lutilisationdun systme de prchauffage deau dappoint du distillateur et enfin lutilisation dun absorbeurondul pour augmenter la surface dabsorption du flux solaire. Une srie de tests a t effectue

pour connatre lefficacit apporte par chacun de ces lments.

Abstract The purpose of this work, is the establishment of a test of an experimental modeldistiller plan. The problem is to improve the production of distilled water by making changes in

this new model distiller using a reflector plan to increase the global solar flux received, using asystem of pre-heated water distiller and the use of an absorber corrugated surface to increase the

absorption of solar flux. A series of tests was conducted to determine the effectiveness providedby each of these elements.

Mots cls: Distillateur solaire - Effet de serre Eau distille Efficacit.

1. INTRODUCTION

Leau reprsente llment essentiel toute vie sur terre depuis la cration delunivers tel point quelle est trs abondante sur notre plante et elle est estime 1380millions de km

3, malheureusement 97,2 % est constitu deau de mer inutilisable

directement. Leau douce disponible (lacs, fleuves, eaux souterraines), ne reprsente que

0,07 % de la ressource totale, soit environ un million de km3. Mais la rpartition de cette

eau est trs ingale. En effet, dix pays se partagent 60 % des rserves deau douce et

vingt-neuf autres principalement en Afrique et au Moyen-Orient, sont au contraire

confronts une pnurie chronique deau douce.LAlgrie fait partie des pays qui ont subi une perturbation de sa pluviomtrie

provoqu par les changements climatique observs, lors de ces dernires dcennies ce quia malheureusement rduit limpact attendu des ouvrages de mobilisation (barrages etforages) de la ressource conventionnelle.

LAlgrie qui est actuellement en situation conomique confortable a choisi desimpliquer fortement dans le dessalement deau de mer pour alimenter en eau potableune population denviron 11 millions dhabitants rpartie sur un littoral de 1200 km, ainsi

quune industrie grande consommatrice deau se trouvent proximit de la mer.

Aux dix usines de productions dj oprationnelles, le pays souhaite en rajouter 33

autres dici 2019 et doubler les capacits journalires actuelles qui slvent 1,04million de m3 [1].

*retieln@yahoo.fr

7/17/2019 Art11-4_15

2/8

N. Retiel et al.636

Linconvnient majeur de ces systmes est quils sont trs coteux. Les installationssont peu rentables, les quantits dnergie ncessaires au chauffage ou la compressionde leau sont trop leves, et les volumes deau produits trop faibles. Lutilisation de

cette technique de production deau potable reste donc encore trs marginale et il estrecommand que lutilisation de cette eau dessale doit tre destine principalement auxcentres touristiques et les grosses industries, situs sur la bande ctire.

Pour cette raison, il faut essayer damliorer lefficacit des distillateurs solaire plans effet de serre dont la construction est simple et faible cot. Leurs fonctionnements

reposent sur leffet de serre: le rayonnement solaire chauffe le fond du bassin de couleurnoir. Celle-ci met des infrarouges qui chauffent leau sale. Leau svapore et secondense sur la vitre. Le sel reste donc sur le fond noir. Les gouttes deau pures

ruissellent ensuite jusque dans les goulottes. On rcupre ainsi leau filtre dans cesgoulottes.

Suite un travail prcdent [2, 3], o nous avons mis au point un modle numrique

pour simuler le comportement thermique dun distillateur solaire plan. Cette tudeconsiste donc raliser le mme distillateur solaire avec des lments qui nouspermettront par la suite damliorer dune faon apprciable la quantit deau distilleproduite.

Nanmoins, cette quantit est relativement petite par rapport aux autres modes dedistillation, mais cet inconvnient est compens par le fait que ce procd ne ncessite

que le rayonnement du soleil pour fonctionner.

2. REALISATION DU BANC DESSAI

Le banc dessai est compos dun distillateur plan effet de serre utilisant unabsorbeur ondul pour augmenter la surface dabsorption. Le distillateur est connect un systme dalimentation en eau sale et un prchauffeur. Un rflecteur peut tre

mont sur le distillateur (Fig. 1).

a b

Fig. 1: Principe de ralisation (a) et du fonctionnement (b) du banc dessai

En premier lieu, le distillateur a t mont seul. Il a t orient vers le sud,

conformment des tudes prcdentes sur lorientation des capteurs solaires. Les

7/17/2019 Art11-4_15

3/8

Etude exprimentale dun distillateur solaire plan amlior 637

prlvements deau distille, ainsi que des tempratures ont t effectus sur unepriode dune heure. Par la suite, et pour amliorer la production en eau distille, nousavons utilis un prchauffeur pour chauffer leau dalimentation avant de lintroduire

dans le distillateur. Le prchauffeur a t ensuite enlev pour tre remplac par unmiroir pour augmenter la quantit du rayonnement reu par labsorbeur du capteursolaire.

A son tour, le miroir a t enlev et labsorbeur plat du distillateur a t remplac parun absorbeur ondul pour porter sa surface de 1 m2 1,2 m2. Enfin, nous avons

assembl tous les lments (prchauffeur, miroir et absorbeur ondul) avec ledistillateur pour obtenir le maximum deau distille (Fig. 2).

Fig. 2: Prototype du distillateur assembl

3. ETUDE EXPERIMENTALE

Lors du premier essai, o le distillateur est mont seul, nous avons pu produire unequantit de 4,1 litres lors dune journe du mois de juin (Fig. 3). Cette quantit restesatisfaisante du fait de la bonne isolation avec laquelle le distillateur a t quip.Lessai a t effectu avec de leau du robinet.

Ces rsultats montrent que la temprature maximale (64 C) est atteinte vers 15 h 00(Fig. 4), cette temprature nous a permis davoir le maximum de production. Car plus latemprature est leve dans le distillateur, plus la production crot.

Nous avons gard les mmes conditions du premier essai et nous avons ajout unprchauffeur deau. Le prchauffeur est mont entre le rservoir R2 et le distillateur, ilest aliment par leau froide et alimentera son tour le distillateur avec une eau chaude,

le distillateur naura pas lever la temprature de 2TR Td , mais de Tp Td .

Daprs la figure 5, nous avons pu produire un volume de 5,665 litres de distillatpendant ce deuxime essai, nous avons constat une augmentation de production de1,565 litres, ce qui quivaut une amlioration de 38,1 %.

7/17/2019 Art11-4_15

4/8

N. Retiel et al.638

Fig. 3: Production deau distille

(Distillateur seul)

Fig. 4: Evolution de temprature de la

masse deau dans le distillateur(distillateur seul)

Les paramtres mtorologiques pour les deux tests sont pratiquement identiques

(Juin), alors on peut dire que cette amlioration est due au prchauffeur et pour treprcis, elle est due la temprature dalimentation du distillateur (Fig. 6).

Dune faon qualitative, lvolution reste la mme, mais si on parle de quantit, on

remarque une amlioration de la production surtout dans la priode entre 12 h 30 et 16 h30. Dans cette dernire, le prchauffeur reoit le maximum de rayonnement quiltransmet ensuite leau.

Nous avons remarqu aussi que le prchauffeur nest plus efficace au-del de 18 hcar le soleil natteint plus sa surface de captation.

Lutilisation du prchauffeur est donc dune grande utilit la production deaudistille. Les travaux de Menina [4] ont mis en vidence lamlioration de la productiondeau distille avec lutilisation dun prchauffeur.

Une autre possibilit daugmenter la temprature de leau dans le distillateur, cestdaugmenter le rayonnement solaire capt par labsorbeur en utilisant un rflecteur.

Fig. 5: Production deau distille

(distillateur+prchauffeur)

Fig. 6: Evolution de temprature de la

masse deau dans le distillateur(distillateur+prchauffeur)

7/17/2019 Art11-4_15

5/8

Etude exprimentale dun distillateur solaire plan amlior 639

Lutilisation de ce dernier augmentera le rayonnement reu par labsorbeur dudistillateur (par rflexion sur le miroir). Nous avons calcul la surface claire par lemiroir, elle est de 0,63 m2dans la priode avoisinante de midi. Cette surface reprsente

le maximum, car avant et aprs cette priode, la surface diminue car une partie dellenaffecte pas labsorbeur. Il en existe un moyen pour remdier cet inconvnient, cestlutilisation dun systme mcanique de suivi, mais cela est coteux et difficile raliser.

Le miroir a une surface de 1 m2et il est plac avec un angle de 8 par rapport la

verticale. Cet angle nous donnera un bon compromis entre la rflexion sur la vitre dudistillateur et la surface de la projection du rayonnement rflchie par le miroir. Nousavons produit une quantit de 5,12 litres pendant la journe (Fig. 7), une diffrence de

1,02 litre est noter, ce qui nous a donn une amlioration de 24,8 %. Cetteamlioration est moins importante par rapport celle du prchauffeur du fait que lemiroir naffecte quune partie de labsorbeur.

Fig. 7: Production deau distille(distillateur+miroir)

Fig. 8: Evolution de temprature de lamasse deau dans le distillateur

(distillateur+miroir)

Mme avec une orientation fixe du miroir, nous avons pu amliorer le rendement du

distillateur, le miroir a comme mme des avantages dencombrement par rapport auprchauffeur, car il ne prend aucune surface au sol, do sont utilit quand la surface detravail est restreinte.

Le miroir et le prchauffeur ont pratiquement la mme priode defficacit (11 h 16 h).

Lutilisation de labsorbeur ondule est sans doute le moins efficace, mais touteamlioration sera prise en compte, il nous a oblig augmenter la lame deau, ce qui

induit une diminution de la production, car cette plaque doit tre compltementimmerge. Lamplitude de la plaque ondule est de 1,5 cm, alors il a fallu assurer une

paisseur plus importante deau 1,8 2,0 cm, ce qui quivaut 18 20 litres deau distiller. Si on allonge la plaque ondule dont la dimension extensible est de 1 m, onaura une longueur de 1,2 m, ce qui fait que nous avons augment la surface dchangede 0,2 m2avec une double surface dchange infrieure et suprieure.

7/17/2019 Art11-4_15

6/8

N. Retiel et al.640

Le sens de londulation aussi a son importance, on doit placer la plaque de telle sorteque les parties hautes de londulation ne crent pas dombre sur la surface delabsorbeur. Il est important de prciser que labsorbeur ondul nest pas coll au

distillateur, mais il est simplement pos sur la surface interne du distillateur, ce qui faitque leau se trouve en dessus et en dessous de ce dernier, do une double surfacedchange.

Le rsultat obtenu nest pas satisfaisant, mais nous avons comme mme russi amliorer dune manire trs modeste le rendement, la diffrence de quantit est de 375

ml (Fig. 9) gale 9,1 % de la production initiale.

Fig. 9: Production deau distille(distillateur+absorbeur ondul)

Fig. 10: Evolution de temprature de lamasse deau dans le distillateur

(distillateur+absorbeur ondul)

Le dernier test consiste a assembl tous les lments en mme temps, pour que laquantit de production soit maximale, ainsi que la temprature lintrieur dudistillateur.

Lassemblage se fera comme il a t montr sur les figures 1 et 2.

Pour un meilleur rendement, nous avons jug juste de ne pas monter le prchauffeur

la premire heure, nous lavons remplie puis laisser schauffer jusqu une tempraturedau moins 45 C (temps de dmarrage), le distillateur en ce moment est moiti plein.

Quand le prchauffeur sera mont alors il alimentera le distillateur avec une hautetemprature convenable pour une bonne distillation.

En combinant tous les lments, nous avons produit une bonne quantit deaudistille de 6,485 litres (Fig. 11), soit une amlioration de 2,020 litres qui quivaut unpourcentage de 58,1 %, et la temprature dans le distillateur a atteint une temprature de72 C (Fig. 12), cette temprature est due principalement leffet du prchauffeur et dumiroir, et labsorbeur ondul a pour but daugmenter la surface dchange de chaleur et

dabsorption du rayonnement.

Nous avons galement fait des essais en utilisant de leau de mer. Cela nous a

permis damliorer encore plus le rendement cause des caractristiques thermo-

physiques favorables ( , pC , densit).

7/17/2019 Art11-4_15

7/8

Etude exprimentale dun distillateur solaire plan amlior 641

Fig. 11: Production deau distille(distillateur+prchauffeur+miroir

+absorbeur ondul)

Fig. 12: Evolution de temprature de lamasse deau dans le distillateur

(distillateur+prchauffeur+miroir+absorbeur ondul)

Fig. 13: Production deau distille(eau de mer et eau douce)

Fig. 14: Evolution de temprature de lamasse deau dans le distillateur

(eau de mer et eau douce)

La diffrence de temprature entre leau douce et leau de mer est due au fait que lacapacit calorifique de leau sale est plus faible que celle de leau douce (Fig. 14).Leau sale se chauffe et se refroidie plus rapidement. La temprature maximale deleau sale est suprieure celle de leau douce. Pour les mmes raisons la tempratureminimale de leau sale est infrieure celle de leau douce.

La diffrence de temprature provoque videmment une diffrence de production(Fig. 13).

Aprs ces tests, nous avons pu dduire que le prchauffeur a le meilleur rendement

par rapport aux autres lments (Fig. 15), mais du fait quil occupe une surface au sol, ilserait plus intressant dagrandir la surface du distillateur. Pour le miroir, ce dernier na

7/17/2019 Art11-4_15

8/8

N. Retiel et al.642

pas dinconvnient majeur hormis sa fragilit, il doit tre manipul avec une trs grandevigilance. Labsorbeur ondul nous offre une plus grande surface dchange mais ilnous oblige utiliser une paisseur consquente deau distiller ce qui diminue la

production.

Fig. 15: Production deau distille pour diffrents types de distillateur

4. CONCLUSION

Dans le cadre de ce travail, nous avons ralis un prototype dun distillateur solaireplan classique, sur lequel nous avons essay dapporter quelques amliorations pouraugmenter la production deau distille.

Les essais de notre distillateur nous ont permis de mettre en vidence les effets dechaque lment du distillateur (isolation, prchauffeur, miroir et absorbeur). Chacun deces lments a t test seul, ensuite lensemble de ces lments a t assembl pourobtenir une quantit deau distille considrable. Le prchauffeur a le meilleurrendement par rapport aux autres lments, mais du fait quil occupe une surface au sol

il serait plus intressant dagrandir la surface du distillateur.

REFERENCES

[1] www.mre.gov.dz/eau/ress_non_convent.htm.

[2] N. Retiel, Modlisation Thermique dune Installation Solaire de Dessalement dEau de Mer,

Sminaire National sur lEau et lEnvironnement SN2E, Bchar, 2005.

[3] N. Retiel, Amlioration de lEfficacit dun Distillateur Solaire Plan, 1re ConfrenceNationale de Mcanique et Industrie, Mostaganem, 2005.

[4] R. Menina et al., Etude Exprimentale de lEffet de Prchauffage sur la Productivit dun

Distillateur Solaire (Type: Hot-Box), Revue des Energies Renouvelables : Journes dethermique (2001), pp.145-150.