dessalement d'eau par l'energie solaire - ADU-RES
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DESSALEMENT D’EAU D EAU PAR<br />
L’ENERGIE ENERGIE SOLAIRE<br />
Description et Performance des unités unit s<br />
pilotes installées install es à Sfax<br />
Habib Ben Bacha – Aref Y. Maalej – Hamed Ben Dhia<br />
Laboratoire des Systèmes Syst mes Electromécaniques<br />
Electrom caniques<br />
Laboratoire de l’Eau l Eau de l’Energie l Energie et de l’Environnement<br />
l Environnement<br />
Ecole Nationale d’Ing d Ingénieurs nieurs de Sfax – BP W 3038 Sfax – Tunisie
Avantages du Dessalement<br />
Solaire<br />
• Le <strong>dessalement</strong> de l'eau <strong>par</strong> l'énergie l' nergie<br />
<strong>solaire</strong> peut être tre considéré consid comme une<br />
alternative de production d’eau d eau potable<br />
très tr s intéressante,<br />
int ressante, étant tant donné donn :<br />
– la disponibilité disponibilit de cette source d'énergie d' nergie<br />
– énergie nergie gratuite dans toutes les régions r gions de la<br />
Tunisie<br />
– énergie nergie inépuisable<br />
in puisable
Objectifs<br />
les travaux de recherche effectués effectu s dans le<br />
cadre de ce projet ont été focalisés focalis s sur<br />
l’objectif objectif de la maîtrise ma trise de la technique de<br />
<strong>dessalement</strong> utilisant l’é l’énergie<br />
nergie <strong>solaire</strong>.<br />
Cette maîtrise ma trise s’int s intéresse resse à :<br />
• La Conception des unités unit s de <strong>dessalement</strong><br />
fonctionnant à l’aide aide de l’é l’énergie<br />
nergie <strong>solaire</strong> ;<br />
• L’installation installation et le suivi du bon<br />
fonctionnement de ce type d’unit d unités. s.
Principe de la Technique de<br />
Dessalement SMCEC<br />
Le Le processus de <strong>dessalement</strong> du système syst me étudi tudié, , utilise la<br />
méthode thode d’humidification d humidification et déshumidification d shumidification de l’air. l air.<br />
L’installation installation SMCEC, se compose essentiellement des<br />
<strong>par</strong>ties suivantes :<br />
• des capteurs <strong>solaire</strong>s<br />
• une tour d'évaporation<br />
d' vaporation<br />
• une tour de condensation<br />
• des pompes de circulation d’eau d eau
tour<br />
d'évaporation<br />
eau<br />
saumâtre<br />
capteur<br />
<strong>solaire</strong><br />
condenseur<br />
eau<br />
condensée
Caractéristiques Caract ristiques de la<br />
Technique SMCEC<br />
Ce concept est très tr s adaptable pour les pays en<br />
voie de développement d veloppement et essentiellement pour<br />
les régions r gions rurales grâce gr ce aux avantages suivants :<br />
• Conception simple,<br />
• main d’œ d’œuvre<br />
uvre non hautement qualifiée, qualifi e,<br />
• durée dur e de vie pouvant dépass d passé 20 ans,<br />
• consommation d’é d’énergie<br />
nergie quasi-nulle,<br />
quasi nulle,<br />
• coût co t d’investissement d investissement minimal,<br />
• l’eau eau produite est d’une d une bonne qualité, qualit , elle peut<br />
être tre utilisée utilis e soit pour l’usage l usage domestique, soit<br />
pour l’agriculture.<br />
l agriculture.
Méthodologie thodologie suivie<br />
Les travaux sont réalis r alisés s selon deux phases :<br />
• à l’é ’échelle chelle laboratoire,<br />
• sur site.<br />
A l’é l’échelle<br />
chelle laboratoire, le travail a consisté consist à<br />
développer velopper l’aspect l aspect théorique th orique (modélisation,<br />
(mod lisation,<br />
dimensionnement et simulation) et la validation<br />
expérimentale exp rimentale des résultats r sultats théoriques<br />
th oriques à l’aide aide<br />
d’une une unité unit prototype installée install e à l’ENIS. ENIS.
Le travail sur site a permis la maîtrise ma trise de<br />
la technique d’installation, d installation, de mise en<br />
marche et du suivi du fonctionnement de<br />
deux stations pilotes intégr int grées es au champ<br />
agricole de l’UTAIM. l UTAIM.
Capteur<br />
<strong>solaire</strong><br />
Ballon<br />
De<br />
Stockage<br />
Electro-vanne à trois voies<br />
Echangeur de<br />
chaleur<br />
Module<br />
de<br />
<strong>dessalement</strong><br />
Eau distillée
Résultats
Résultats sultats<br />
• Déterminer terminer des caractéristiques caract ristiques thermique et<br />
massique d’un d un nouveau type de garnissage non<br />
conventionnel : l’é l’épine<br />
pine de fagot.<br />
Ce type de garnissage est un produit local<br />
caractéris caract risé <strong>par</strong> un coût co t d’investissement d investissement quasi-<br />
nul. Il est abondant dans la nature et il assure<br />
une meilleure protection de l’environnement l environnement <strong>par</strong><br />
rapport aux autres garnissages à base de<br />
polymères.<br />
polym res.
• Elaborer des modèles mod les dynamiques de<br />
l’é ’étage tage des capteurs <strong>solaire</strong>s, de la tour<br />
d’é ’évaporation vaporation et de la tour de<br />
condensation.<br />
• Développer velopper un modèle mod le dynamique globale<br />
de toute l’installation l installation de <strong>dessalement</strong> à<br />
<strong>par</strong>tir des modèles mod les construits pour ces<br />
différents diff rents étages. tages.
Modèle Mod le à 2 températures temp ratures pour le capteur Solaire<br />
⎧<br />
⎪<br />
⎨<br />
⎪<br />
⎩<br />
∂T<br />
∂t<br />
dT<br />
dt<br />
f<br />
c<br />
=<br />
=<br />
−<br />
a<br />
1<br />
v<br />
∂T<br />
∂x<br />
+<br />
( f(<br />
t)<br />
−T<br />
f<br />
c<br />
c<br />
1<br />
( T<br />
) + b<br />
c<br />
1<br />
−T<br />
( T<br />
f<br />
f<br />
)<br />
−T<br />
c<br />
)
Modèle Mod le dynamique de la tour d’é d’évaporation<br />
vaporation<br />
∂Tl<br />
∂Tl<br />
ml Cl<br />
= −LCl<br />
−hl<br />
a(<br />
Ti<br />
−Tl<br />
)<br />
∂t<br />
∂z<br />
∂Tg<br />
∂Tg<br />
mgCg = −GCg<br />
−h<br />
ga(<br />
Ti<br />
−Tg<br />
)<br />
∂t<br />
∂z<br />
∂Xg<br />
∂Xg<br />
mg = −G<br />
+ kga(<br />
Xi<br />
−Xg)<br />
∂t<br />
∂z<br />
( X i −X<br />
g)<br />
L vk<br />
g = h l ( Tl<br />
−Ti<br />
) + h g(<br />
Tg<br />
−Ti<br />
X<br />
i<br />
=<br />
0<br />
. 62198<br />
P<br />
1 − P<br />
ws<br />
ws<br />
)
• Simuler le fonctionnement de chaque étage tage pour la<br />
recherche de l’effet l effet des différents diff rents <strong>par</strong>amètres <strong>par</strong>am tres de<br />
commande et de perturbation sur le comportement de ces<br />
grandeurs de sortie.<br />
• Simuler le fonctionnement globale de l’installation l installation pour<br />
vérifier rifier l’effet l effet du couplage des différents diff rents étages tages sur la<br />
production en eau distillée distill e et de prévoir pr voir son comportement<br />
suite aux variations météorologiques.<br />
m orologiques.<br />
• Valider expérimentalement exp rimentalement les différents diff rents modèles mod les établis. tablis.<br />
• Exploiter les modèles mod les validés valid s pour le dimensionnement de<br />
ce type d’unit d unité de <strong>dessalement</strong>.
l/h<br />
32<br />
28<br />
24<br />
20<br />
16<br />
12<br />
I<br />
(W/m2)<br />
8<br />
4<br />
0<br />
Octobre<br />
Novembre<br />
Décembre<br />
Janvier<br />
Février<br />
Production mensuelle en eau distillée de l’unité pilote n°1<br />
du 19 octobre 1997 au 20 juillet 1998.<br />
500<br />
450<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
Octobre<br />
Novembre<br />
Décembre<br />
Janvier<br />
Février<br />
Mars<br />
Mars<br />
Avril<br />
Avril<br />
Mai<br />
Mai<br />
Juin<br />
Juin<br />
Juillet<br />
Juillet<br />
mois<br />
mois<br />
Variation mensuelle de la densité du flux <strong>solaire</strong> reçue <strong>par</strong><br />
les capteurs du 19 octobre 1997 au 20 juillet 1998
l/h 45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
I<br />
(W/m2)<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031<br />
mois<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
Production en eau distillée de l’unité pilote n°2<br />
du 1 au 31 août 1997.<br />
100<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031<br />
Variation de la densité du flux <strong>solaire</strong> reçue <strong>par</strong> les capteurs<br />
du 1 au 31 août 1997.<br />
jour
PERSPECTIVES<br />
• l’optimisation optimisation de la production en eau distillée distill e à un coût co t<br />
minimal ;<br />
• l’autonomie autonomie du fonctionnement de l’installation<br />
l installation à l’aide aide de<br />
l’int intégration gration de la technologie photovoltaïque;<br />
photovolta que;<br />
• l’é ’élaboration laboration d’une d une étude tude technico-économique technico conomique et technico-<br />
commerciale en vue de l’industrialisation l industrialisation de ce genre<br />
d’unit unité de <strong>dessalement</strong> ;
PERSPECTIVES dans le cadre d’un d un<br />
Projet de Recherche Fédéré F<br />
(PRF: Maîtrise Ma trise des techniques de <strong>dessalement</strong> <strong>solaire</strong>)<br />
• la conception et la réalisation r alisation d’une d une unité unit de<br />
<strong>dessalement</strong> d’eau d eau <strong>par</strong> l’é l’énergie<br />
nergie <strong>solaire</strong> pour<br />
produire de l’eau l eau potable à une petite<br />
communauté communaut à <strong>par</strong>tir de nos produits et matières mati res<br />
premières premi res locaux :<br />
– Capacité Capacit de production estimée estim : 500 à 1000 litres/jour<br />
– Taille de la population ciblée cibl : 100 habitants<br />
• développement veloppement d’une d une méthodologie m thodologie de<br />
maintenance et de suivi pour la bonne conduite<br />
de ce genre d’installation.<br />
d installation.