Distillateur solaire avec Bac + PE

Cours distillateur solaire avec Bac + PE, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Capteur solaire :

L’évolution du rendement journalier et les équations de caractérisation du capteur solaire plan étudié par le calage hivernal est représentée graphiquement. La figure 47 est relative au lissage de premier degré et la figure 48 est relative au lissage de second degré
Figure 47 : Evolution du rendement journalier ηj en fonction de ΔTj / Ij avec un lissage linéaire de premier degré.
Figure 48 : Evolution du rendement journalier ηj en fonction de ΔTj / Ij avec un lissage non linéaire de second degré.
Les équations de caractérisation du capteur solaire étudié en calage hivernale testé en période d’été sont données comme suit :
L’analyse des différents résultats obtenus par cette première série de tests montre que pendant la durée de captation du rayonnement solaire au voisinage de la température ambiante le capteur solaire a un bon rendement qui est aux alentours de 50%. Cette performance s’explique par les plus faibles pertes optiques et thermiques à travers le vitrage du système.
En tenant compte des moyens de réalisation de notre système, de sa simplicité et de son prix de revient qui est assez faible et par comparaison avec les performances d’autres capteurs solaires plus sophistiqués trouvés dans la littérature, nous pouvons conclure que notre prototype reste compétitif avec un rapport qualité/prix très appréciable. D’après les tests expérimentaux sur notre système et les différents résultats obtenus, nous retrouvons que plus ’éclairement solaire est perpendiculaire sur la surface de captation plus la quantité de chaleur absorbé est considérable, parce que la transitivité de vitrage ainsi que l’absorptivité de la plaque absorbante sont inversement proportionnelles à l’angle d’incidence du rayonnement solaire. Il est donc très important de bien choisir l’inclinaison du capteur solaire en fonction des saisons pour mieux tirer profit du système. De façon générale, nous recommandons les inclinaisons suivantes :
– En période d’hiver : La latitude du lieu considéré augmenté de 15° (35.28 [latitude de Tlemcen par exemple] + 15°).
– En période estivale : La latitude du lieu considéré.
En ce qui concerne l’évolution des températures d’entrée et de sortie de l’air, la comparaison des résultats affichés par notre application informatique est effectuée par rapport au travail expérimental qui a été mené au sein du laboratoire d’énergétique et matériaux au niveau de la faculté de technologie de l’université de Tlemcen situé au Nord-ouest Algérien à une latitude 35,28°, une longitude de -1,17° et une altitude de 750m. On a confronté les résultats fournit expérimentalement avec ceux délivrés numériquement et ils sont illustrés dans les figures affichées ci-dessous. La figure 49 représente la variation temporelle des températures de chaque élément du capteur. Dans cette figure, l’absorbeur et la face intérieure de l’isolant ont des températures les plus élevées, ceci est dû à la puissance absorbée par l’absorbeur qui est importante et qui est supérieure à celle absorbée par la vitre, ainsi l’isolant est placé audessous de la plaque absorbante, ce dernier possède une conductivité thermique élevée. La température la plus basse est celle de l’isolant de la face arrière, indiquant que l’isolant possède une faible conductivité thermique. L’augmentation des températures du vitrage intérieure et extérieure est due à l’absorption par la vitre du rayonnement solaire incident et de la chaleur cédée par l’absorbeur (par convection et par rayonnement). La température de la face intérieure est légèrement supérieure à celle de la face extérieure, ceci s’explique par l’emprisonnement du rayon solaire infra rouge à l’intérieur du capteur augmentant ainsi la température à l’intérieur de la vitre par rapport à l’extérieur, qui est affectée à l’action du vent.
La température de sortie du fluide caloporteur est légèrement inférieure à celle de l’absorbeur, à cause des pertes.
Figure 49 : Variation temporelle des températures de chaque élément du capteur.
Figure 50 : Variation de la puissance absorbée par l’absorbeur et la puissance utile au cours du temps.
On remarque que la puissance utile à la même allure que celle de la puissance absorbée, où la puissance maximale atteint son maximum lorsque la puissance absorbée par l’absorbeur se trouve au maximum. Mais les valeurs de la puissance utile reçue par le fluide caloporteur sont inférieures à celles de la puissance absorbée par l’absorbeur, qui est dû aux pertes au niveau de l’absorbeur, mais la différence reste modeste. Ceci conduit à conclure que l’augmentation de la puissance absorbée par l’absorbeur influe directement sur la puissance transmise au fluide caloporteur. (Figure 50).
Figure 51 : variation de la température de l’absorbeur en fonction de la puissance absorbée
On remarque aussi que la température de l’absorbeur est d’autant plus grande que la puissance absorbée par l’absorbeur est plus forte (Figure 51).
Les résultats représentés sur les figures ci-dessus montrent qu’il y a un rapprochement entre les résultats expérimentaux et ceux de la modélisation, par rapport à un capteur solaire et pour les mêmes données d’entrée. A titre d’exemple, pour le 19/05/2012 , la valeur expérimentale maximale est de 56,3 °C à 13 heure, correspondant ainsi à une valeur maximale fournie par la simulation numérique égale à 57,31 °C à la même heure, Cet écart est dû probablement au fait que le profil d’évolution de la température par approximation d’un polynôme de 4 degré, présente seulement la variation partielle au cours de la durée des expériences, par contre le profile évalué par la simulation numérique présente la variation de la température du levé jusqu’au coucher du soleil.
L’évolution temporelle de la température de sortie de l’air pour les différents sites fait montrer la confrontation entre les résultats obtenus expérimentalement et ceux fournis par la simulation numérique, et permet d’observer qu’ils sont très proches les uns des autres pour le site de Tlemcen, où la valeur maximale de la température de sortie de l’ordre de 76 C° par le travail expérimental alors qu’elle est aux environs de 73 C° par la simulation numérique.

Variation des pertes de chaleur :

On constate que le coefficient d’échange par convection entre l’absorbeur et le vitrage varie légèrement avec l’écart de température entre l’absorbeur et la vitre (figure 52), on constate aussi que le coefficient d’échange par rayonnement entre l’absorbeur et la vitre varie légèrement avec l’écart de température entre l’absorbeur et le vitrage (figure 53).
Figure 52 : Variation Hcvp en fonction de l’écart de température entre l’absorbeur et le vitrage.
Figure 53 : Variation Hrvp en fonction de l’écart de température entre l’absorbeur et le vitrage.
D’autre part le coefficient des pertes globales varie légèrement avec la température de l’absorbeur, même pour des températures plus élevées de l’absorbeur le coefficient des pertes reste presque constant (figure 54).
Figure 54 : Variation du coefficient des pertes globales (Ug) avec la température de l’absorbeur (Tp)
Figure 55 : Variation des pertes globales avec le temps.
Les pertes globales augmentent avec le temps jusqu’à atteindre le maximum puis elles descendent (figure 55). Cette augmentation est conditionnée par l’augmentation de la température de l’absorbeur.

Variation du rendement thermique en fonction de l’écart de température :

La figure 56 montre que lorsque la température de l’absorbeur augmente, il y a une augmentation en même temps de la quantité de chaleur transmise au fluide et des pertes de chaleur, malgré cette évidence, le rendement continue à augmenter avec la température de l’absorbeur.
Figure 56 : Variation du rendement thermique instantanée avec la température de l’absorbeur
Figure 57 : variation du rendement thermique en fonction de l’écart de température entre l’absorbeur et la vitre
Selon la figure 57, le rendement thermique augmente aussi avec l’augmentation de l’écart de température entre le vitrage et l’absorbeur. L’augmentation de la température de l’absorbeur fait augmenter la puissance utile récupérée par le fluide caloporteur, même si les pertes augmentent aussi. L’analyse de la variation de l’allure du rendement thermique instantané montre que le rendement augmente graduellement pour atteindre des valeurs maximales de 80%, bien que l’irradiation solaire commence à décroitre à partir de 12 h, ce qui semble en bon accord avec les résultats rencontrés dans la littérature, où l’écart est moins important, qui est dû certainement à la méthode empruntée durant la modélisation des équations caractéristiques, qui est faite par le procédé pas à pas, par contre, le cas de notre travail, nous avons utilisé la méthode globale au cours de la modalisation des performances thermiques du capteur solaire plan à air.
D’autre part, l’analyse des résultats montre successivement une bonne concordance entre les résultats fournis par la modélisation et ceux rencontrés dans la littérature, cependant, on tient à signalé que les écarts existants par rapport aux travaux expérimentaux et théoriques citées, comparativement avec ceux de notre modélisation, sont dû au phénomène de vieillissement des éléments constituants du capteur solaire, quand il s’agit de saisir les valeurs correspondantes aux paramètres thermophysiques et optiques, d’autre part les modèles d’éclairements considérés sembles inconvenables sous certaines conditions spécifiques .

Comportement en vieillissement du polyéthylène sous exposition thermique :

Comme pour la plupart des matériaux polymères, les propriétés du film en PE évoluent d’une manière défavorable et irréversible en fonction du temps lorsqu’ils sont soumis à des agressions solaires ou/et thermiques. Nous aborderons l’étude du vieillissement artificiel en vue de comprendre les mécanismes d’oxydation qui modifient les chaînes du film polymère en PE. Pour cela, nous procèderons, d’une part, à l’étude de la photo-oxydation accélérée du film PE et, d’autre part, à celle de la thermo-oxydation. L’évolution chimique du film en PE sera utilisée comme critère de dégradation. L’étude de la variation des propriétés physiques macroscopiques, conséquence indirecte des modifications subies par le film en PE à l’échelle moléculaire au cours du vieillissement, a également été réalisée. En dernier lieu, l’examen de la γ-oxydation nous apportera des informations très utiles, pour la compréhension du mécanisme générale de photo-oxydation. Enfin, dans le but d’examiner les « dégâts » occasionnés par la photo-oxydation sur la surface des polymères, nous avons fait appel à la microscopie électronique.