تصمیم وتقییم أداء وحدة تقطیر شمسی لتحلیة میاه البحر

المؤلف

أستاذ مساعد الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – جامعة الفیوم - مصر.

المستخلص

أجرى هذا البحث بهدف تصمیم وتقییم آداء وحدة تقطیر شمسى لتحلیة میاه البحر, حیث تم تصمیم هذه الوحدة وتقییم آدائها فى محافظة الفیوم – جمهوریة مصر العربیة (خط عرض29.18o  وخط طول o30.3), وقد أستخدمت هذه الوحدة لتحلیة میاه البحر المالحة والغیر نقیة وجعلها مقطرة نقیة وصالحة للشرب. وتتکون هذه الوحدة من جزئین رئیسیین هما: مجمع شمسى یقوم بتسخین میاة البحر من خلال مرورها فیه بدفعها فى مواسیر رفیعة من النحاس, والثانى هو المقطر الشمسى والذى یعتبر بمثابة وحدة التقطیر الرئیسیة, حیث تم تزویده بسطح مائل من الزجاج (غطاء المقطر) تتکثف علیه المیاه المتبخرة من حوض المقطر
والتى یتم تجمیعها فى قناة توجد على إمتداد الجزء السفلى من السطح الزجاجى المائل وبالتالى زیادة معدل تقطیر المیاه. وقد أجریت تجارب تقطیر وتحلیة میاه البحر المالحة لملاحظة وتحدید مدى إستجابة المجمع الشمسى لمستویین من معدل سریان المیاه المارة فى المواسیر النحاسیة (3.79  , 5.69 لتر/دقیقة) وکذلک ثلاثة أعماق مختلفة للمیاه فى حوض وحدة التقطیر (1.5 , 2.5 , 4.0 سم) عند دورتین من درجات الحرارة الیومیة خلال ساعات النهار لشهرین مختلفین (من 6 oم إلى 18 oم خلال شهر ینایر) , (من 19 oم إلى 36 oم خلال شهر یونیو).
وقد أوضحت نتائج الدراسة ما یلى:

زادت کمیة الأشعة الشمسیة الساقطة على سطح المجمع الشمسى عن تلک الساقطة على السطح الأفقى بنسبة 27.3% , 22.63 لکل من شهرى ینایر ویونیو على الترتیب.

2.  کان الحد الأقصى للکفاءة الحراریة فى الیوم للمجمع الشمسی 39.8% , 45.1 % عند معدلى سریان میاه 3.79 لتر/دقیقة , 5.69 لتر/دقیقة على الترتیب، حیث أدى زیادة معدل سریان المیاه خلال المواسیر إلى زیادة کفاءة المجمع الشمسى بنسبة 13.32%. وکان المتوسط الکلى للکفاءة الحراریة فى الیوم للمجمع الشمسی حوالى 36%.
3.  تأثرت درجة حرارة المیاه الساخنة الخارجة من المجمع الشمسى بمعدل سریان المیاه فى المواسیر, حیث کانت أقصى درجة حرارة للمیاه الساخنة الخارجة من المجمع الشمسى أثناء النهار 46.6 oم , 37.8 oم عند معدلى سریان میاه 3.79 لتر/دقیقة , 5.69 لتر/دقیقة على الترتیب فى شهر ینایر, بینما کانت 59.6 oم , 49.8 oم عند نفس معدلى سریان المیاه السابقین على الترتیب فى شهر یونیو.
4.  تأثرت کمیة المیاه المقطرة الناتجة من وحدة التقطیر الشمسى بخلخلة الهواء من حوض المقطر (تبخیر المیاه تحت ضغط سالب), حیث أدى شفط الهواء وتفریغ حوض وحدة التقطر من الهواء إلى تبخیر کمیة کبیرة من المیاه عند درجات حرارة منخفضة وبذلک یمکن الحصول على قدر کبیر من المیاه المقطرة (العذبة والصالحة للشرب) فى فصل الشتاء حیث تکون حرارة الشمس ضعیفة.
5.  تأثرت إنتاجیة وحدة التقطیر الشمسى مباشرة بشدة الأشعاع الشمسى وقت عمل الوحدة, حیث کانت إنتاجیة وحدة التقطیر من المیاه العذبة 5.3 لتر/ م2.الیوم فى شهر ینایر, بینما کانت 8.4 لتر/ م2.الیوم فى شهر یونیو. وقد أستنبطت معادلة احصائیة باستخدام برنامج Excel-2003 وذلک للتنبؤ بإنتاجیة وحدة التقطیر الشمسى من المیاه العذبة کدالة لشدة الأشعاع الشمسى، وکانت المعادلة کالتالی:
Dw = 0.684e0.084I
حیث Dw إنتاجیة المیاه المقطرة من وحدة التقطیر (لتر/ م2.الیوم) , I شدة الأشعاع الشمسى (میجاجول / م2.الیوم).
6.  أدى اقتران المقطر الشمسى بمجمع شمسى مسطح متجهاً ناحیة الجنوب ومائلاً على الأفقى بزاویة میل مثلى (45o , 5(o لکل من شهرى ینایر ویونیو على الترتیب) إلى زیادة معدل تقطیر المیاه, وذلک نتیجة لارتفاع درجة حرارة المیاه الخارجة من المجمع والداخلة للمقطر الشمسى مما یساعد على سرعة عملیة تبخیرها من حوض المقطر.
7.  فى شهر ینایر, أدى أقتران المقطر الشمسى بالمجمع الشمسى إلى زیادة معدل إنتاجیة وحدة التقطیر بنسبة 26.2%, حیث کانت إنتاجیة وحدة التقطیر من المیاه المقطرة 5.3 لتر/ م2.الیوم بینما کانت إنتاجیة المقطر الشمسى وحدة 4.2 لتر/ م2.الیوم.
8.  فى شهر یونیو, أدى أقتران المقطر الشمسى بالمجمع الشمسى إلى زیادة معدل إنتاجیة وحدة التقطیر بنسبة 29.2%, حیث کانت إنتاجیة وحدة التقطیر من المیاه المقطرة 8.4 لتر/ م2.الیوم بینما کانت إنتاجیة المقطر الشمسى وحدة 6.5 لتر/ م2.الیوم.
9.  تأثرت إنتاجیة وحدة التقطیر الشمسى کثیراً بعمق المیاه فى حوض المقطر الشمسى, حیث أعطى سمک 1.5 سم فى مقطر شمسى مقترن بمجمع شمسى أعلا إنتاجیة مع ثبات کمیة المیاه فى حوض المقطر, وذلک تحت ظروف هذه الدراسة.
أجرى هذا البحث بهدف تصمیم وتقییم آداء وحدة تقطیر شمسى لتحلیة میاه البحر, حیث تم تصمیم هذه الوحدة وتقییم آدائها فى محافظة الفیوم – جمهوریة مصر العربیة (خط عرض29.18o  وخط طول o30.3), وقد أستخدمت هذه الوحدة لتحلیة میاه البحر المالحة والغیر نقیة وجعلها مقطرة نقیة وصالحة للشرب. وتتکون هذه الوحدة من جزئین رئیسیین هما: مجمع شمسى یقوم بتسخین میاة البحر من خلال مرورها فیه بدفعها فى مواسیر رفیعة من النحاس, والثانى هو المقطر الشمسى والذى یعتبر بمثابة وحدة التقطیر الرئیسیة, حیث تم تزویده بسطح مائل من الزجاج (غطاء المقطر) تتکثف علیه المیاه المتبخرة من حوض المقطر
والتى یتم تجمیعها فى قناة توجد على إمتداد الجزء السفلى من السطح الزجاجى المائل وبالتالى زیادة معدل تقطیر المیاه. وقد أجریت تجارب تقطیر وتحلیة میاه البحر المالحة لملاحظة وتحدید مدى إستجابة المجمع الشمسى لمستویین من معدل سریان المیاه المارة فى المواسیر النحاسیة (3.79  , 5.69 لتر/دقیقة) وکذلک ثلاثة أعماق مختلفة للمیاه فى حوض وحدة التقطیر (1.5 , 2.5 , 4.0 سم) عند دورتین من درجات الحرارة الیومیة خلال ساعات النهار لشهرین مختلفین (من 6 oم إلى 18 oم خلال شهر ینایر) , (من 19 oم إلى 36 oم خلال شهر یونیو).
وقد أوضحت نتائج الدراسة ما یلى:
1.      زادت کمیة الأشعة الشمسیة الساقطة على سطح المجمع الشمسى عن تلک الساقطة على السطح الأفقى بنسبة 27.3% , 22.63 لکل من شهرى ینایر ویونیو على الترتیب.
2.  کان الحد الأقصى للکفاءة الحراریة فى الیوم للمجمع الشمسی 39.8% , 45.1 % عند معدلى سریان میاه 3.79 لتر/دقیقة , 5.69 لتر/دقیقة على الترتیب، حیث أدى زیادة معدل سریان المیاه خلال المواسیر إلى زیادة کفاءة المجمع الشمسى بنسبة 13.32%. وکان المتوسط الکلى للکفاءة الحراریة فى الیوم للمجمع الشمسی حوالى 36%.
3.  تأثرت درجة حرارة المیاه الساخنة الخارجة من المجمع الشمسى بمعدل سریان المیاه فى المواسیر, حیث کانت أقصى درجة حرارة للمیاه الساخنة الخارجة من المجمع الشمسى أثناء النهار 46.6 oم , 37.8 oم عند معدلى سریان میاه 3.79 لتر/دقیقة , 5.69 لتر/دقیقة على الترتیب فى شهر ینایر, بینما کانت 59.6 oم , 49.8 oم عند نفس معدلى سریان المیاه السابقین على الترتیب فى شهر یونیو.
4.  تأثرت کمیة المیاه المقطرة الناتجة من وحدة التقطیر الشمسى بخلخلة الهواء من حوض المقطر (تبخیر المیاه تحت ضغط سالب), حیث أدى شفط الهواء وتفریغ حوض وحدة التقطر من الهواء إلى تبخیر کمیة کبیرة من المیاه عند درجات حرارة منخفضة وبذلک یمکن الحصول على قدر کبیر من المیاه المقطرة (العذبة والصالحة للشرب) فى فصل الشتاء حیث تکون حرارة الشمس ضعیفة.
5.  تأثرت إنتاجیة وحدة التقطیر الشمسى مباشرة بشدة الأشعاع الشمسى وقت عمل الوحدة, حیث کانت إنتاجیة وحدة التقطیر من المیاه العذبة 5.3 لتر/ م2.الیوم فى شهر ینایر, بینما کانت 8.4 لتر/ م2.الیوم فى شهر یونیو. وقد أستنبطت معادلة احصائیة باستخدام برنامج Excel-2003 وذلک للتنبؤ بإنتاجیة وحدة التقطیر الشمسى من المیاه العذبة کدالة لشدة الأشعاع الشمسى، وکانت المعادلة کالتالی:
Dw = 0.684e0.084I
حیث Dw إنتاجیة المیاه المقطرة من وحدة التقطیر (لتر/ م2.الیوم) , I شدة الأشعاع الشمسى (میجاجول / م2.الیوم).
6.  أدى اقتران المقطر الشمسى بمجمع شمسى مسطح متجهاً ناحیة الجنوب ومائلاً على الأفقى بزاویة میل مثلى (45o , 5(o لکل من شهرى ینایر ویونیو على الترتیب) إلى زیادة معدل تقطیر المیاه, وذلک نتیجة لارتفاع درجة حرارة المیاه الخارجة من المجمع والداخلة للمقطر الشمسى مما یساعد على سرعة عملیة تبخیرها من حوض المقطر.
7.  فى شهر ینایر, أدى أقتران المقطر الشمسى بالمجمع الشمسى إلى زیادة معدل إنتاجیة وحدة التقطیر بنسبة 26.2%, حیث کانت إنتاجیة وحدة التقطیر من المیاه المقطرة 5.3 لتر/ م2.الیومبینما کانت إنتاجیة المقطر الشمسى وحدة 4.2 لتر/ م2.الیوم.
8.  فى شهر یونیو, أدى أقتران المقطر الشمسى بالمجمع الشمسى إلى زیادة معدل إنتاجیة وحدة التقطیر بنسبة 29.2%, حیث کانت إنتاجیة وحدة التقطیر من المیاه المقطرة 8.4 لتر/ م2.الیومبینما کانت إنتاجیة المقطر الشمسى وحدة 6.5 لتر/ م2.الیوم.
9.  تأثرت إنتاجیة وحدة التقطیر الشمسى کثیراً بعمق المیاه فى حوض المقطر الشمسى, حیث أعطى سمک 1.5 سم فى مقطر شمسى مقترن بمجمع شمسى أعلا إنتاجیة مع ثبات کمیة المیاه فى حوض المقطر, وذلک تحت ظروف هذه الدراسة.
 

المراجع

Bouker, M. and Harmin, A. (2001). Effect of climate conditions on the performance of a simple basin solar still. A comparative study.                   Desalination. 137. 15-22, (2001).
Cesare, S. (2001). Survey of energy resources – solar energy, World Energy Council, London, UK, 2001.
Garzia-Rodriguez, L. (2002). Seawater desalination driven by renewable energies: a review, Desalination, 143 (2002): pp. 103-113.
Garzia-Rodriguez L. and Gomez-Camacho, C. (2002). Comparison of solar technologies for applications in seawater desalination. Desalination 2002:142, pp. 135-142.
Gude, V. G. ; Nirmalakhandan, N.; Deng, S. and Maganti, A. (2012). Low temperature desalination using solar energy, Applied Energy, Volume 91, Issue 1, (2012): pp.466-474.
Kunze, H. (2001). A new approach to solar desalination for small- and medium-size use in remote areas. Desalination. 139, 35-41.
Hikmet, S. A.; Fuat, E. and Atikol, U. (2005). An experiment study on inclined solar water distillation system. Desalination. 180, 285-289 (2005).
Hitesh, N. P.; Mitesh, I.P.; Bakul, P.; Ranvirgiri, G. and Manish. D. (2011). A comparative analysis of single slope solar still coupled with flat plate collector and passive solar still. IJRRAS 7 (2): pp. 111-116 (2011).
Hussain, A. K. M.  (2003). Solar energy utilization in Libya for seawater desalination. Proceedings at the ISES Solar World Congress 2003, Gothenburg.
Naim, M.; Mervat, A. and Abed El-Kawi, (2003). Non conventional solar stills with charcoal particles as absorber medium. Desalination, 153 (2003): pp. 55–64.
Qiblawey, H. M. and Banat, F. (2008). Solar thermal desalination technologies. Desalination, Volume 220, Issues 1-3, (2008): pp.633-644.
Sethi, A. K. and Dwivedib, V. K. (2013). Design, fabrication, and performance evaluation of double slope active solar still under forced circulation mode. Int. J. of Thermal & Environmental Engineering. Volume 6, No. 1 (2013) 27-34.
Singh, H. N. and Tiwari, G. N. (2004). Monthly performance of passive and active solar still for different climate operation. Desalination.168. 145-1150 (2004). 
UNEP, (United Nations Energy Program). (2000). http://www.unep.org/geo2000/english/0046.htm [2003-06-09].

ملفات

شارك

إرسال الاستشهاد إلى

الإحصائيات