زيادة كفاءة المقطر الشمسي باستخدام السطح الماص الاسطواني الدوار

Abstract

الخلاصة دُرِسَ أداء مقطر شمسي بزاوية ميل الغطاء الزجاجي (15° ) يحوي بداخله على اسطوانة ذات صبغة معتمة سوداء اللون ( RUST- OLUM) ذات امتصاصية عالية للاشعاع الشمسي . مثبت في محورها محرك متغير السرع . تهدف هذه الدراسة المساهمة في زيادة وتحسين كفاءة المقطر الشمسي من خلال زيادة انتاج الماء المقطر بالنسبة لوحدة المساحة. من خلال النتائج المستحصلة تبين ان معدل التقطير تراوح بين (0.8-2) لتر/ م2 خلال ذروة فصل الشتاء لشهر كانون الاول وحسب كمية الاشعة الشمسية الساقطة عليه. وبالاضافة الى ذلك فأن الاسطوانة الموجودة قد ساهمت في زيادة درجات الحرارة بسبب زيادة المساحة السطحية للماء المحمل عليها فضلا عن قربها من السطح الزجاجي الخارجي للمقطر والتخلص من الاملاح التي يمكن ان تترسب على حوض ماء المقطر الشمسي مما يزيد من كفاءة الماء المقطر.

الكلمة المفتاحية :- مقطرشمسي ، اسطوانة دوارة ، الامتصاصية . المقدمة توالت الدراسات لتصاميم عديدة منها يتعلق بتصميم المقطر كله والأخر بتغيير تصميم اونوعية المادة المستخدمة في التصنيع لجزء من اجزاءه وتارة اخرى تتعلق بنظام التفريغ الجزئي للمقطر لتأثيره على تقليل الضغط وزيادة حرارة الغليان وبالتالي زيادة التبخر وسرعة التكثيف على الغطاء الزجاجي. ان العوامل المهمة في التأثيرعلى الأنتاجية تكون بمراجعة دقيقة لهذه التحويرات والتصاميم كالشكل الهندسي للغطاء [1] عن طريق احتساب درجة الحرارة وكمية انتاج الماء المقطر. تميزت البساطة في التصنيع والتشغيل في المقطر الشمسي الذي جرى عليه التطوير من: مكثفات منفصلة ، مجمع شمسي ، جهاز تكثيف شمسي واجزاء اخرى من موصلات واجهزة قياس تطلب مساحة اوسع كان اكثر تعقيدا لذلك فان زيادة الانتاج لاتعوض الكلفة الاضافية على مقطر شمسي تقليدي[2]. أجري تطويرا على المقطر الشمسي التقليدي اثبت انه حقق نسبة زيادة في الانتاج و باقل تكلفة باستخدام اسطوانه مغمورة تدور ببطئ داخل تجويف المقطر الشمسي وهذا يتيح تكوين غشاء رقيق من المياه الذي ياخذه من قاع المقطر والذي يتبخر بسرعة نظرا لأرتفاع حرارة الأسطوانه وان الطاقة الكهربائية المطلوبة لتشغيل محرك تدوير الأسطوانة ممكن تجهيزها من (لوح شمسي) واحد كافي لتشغيل المنظومة مرتبط ببطارية للخزن بعد غياب الشمس . في مقارنة مع المقطر التقليدي فان الزيادة هي (30-40 (% ويخفض نسبة (25%) في سهولة التشغيل والصيانة . هناك عامل اضافي ممكن ان يؤثر على إداء المقطر الشمسي هو شكل الغطاء الخاص به ولأجل إحتساب شكل وتصميم الغطاء على الأنتاج للمنظومة المطورة مع الأسطوانة فأن اشكال هندسية متعددة للغطاء يمكن اقتراحها وتكون محاور بحوث عديدة اخرى ودراسات ويمكن منها المقارنة مع المنظومة التقليدية [3].

الجانب العملي صنع مقطر شمسي من الالمنيوم بزاوية ميل للغطاء الزجاجي مقدارها (15°) معزول حراريا بمادة الصوف الزجاجي وسمك العازل (3 سم) بأبعاد (100سم) وعرض (60 سم) و وضع داخل المقطر اسطوانة من الالمنيوم وبقطر(30 سم) وطولها (80 سم) وطليت الاسطوانة والحوض الداخلي للمقطر بصبغة سوداء معتمة نوع (RUST-OLUM) ذات امتصاصية عالية للاشعاع الشمسي ، غمر الجزء الاسفل من هذه الاسطوانة في ماء المقطر الشمسي وثبت في محور الاسطوانة أسطوانة حديد ، ربطت هذه الأسطوانة بمحرك يحوي على منظم سرعة التي حددت السرعة على (8 دورة / دقيقة) ، زود المحرك بتيار مستمر قيمته (1.5إمبير) (24 فولت) بقدرة (50 واط) من بطارية (12 فولت) التي شحنت بخلية شمسية سعة (100 واط) ، ثبتت مزدوجات حرارية نوع (K) على السطح الزجاجي للمقطر، جوف المقطر، الماء داخل المقطر ودرجة حرارة الجو . كما موضح في الشكل رقم (1).

الشكل رقم (1) يبين تصميم المقطر الشمسي ذو الاسطوانة الدوارة عند دوران الاسطوانة فأنها تبتل بغشاء من الماء على سطحها الخارجي مما يؤدي الى سرعة تبخره بسبب قلة سمكه وارتفاع درجة حرارة الاسطوانة مما يؤدي الى زيادة كمية الماء المتبخر وبالتالي تحسين كفاءة المقطر الشمسي . النتائج والمناقشة تبين الاشكال رقم (3,2) تأثير درجة حرارة الجو ( في وقت التجربة ) حيث ان ارتفاع درجات الحرارة ولو بشكل نسبي ادى الى رفع درجة حرارة الماء مما زاد في عملية التقطير داخل المقطر مما يؤدي الى زيادة التبخر وبالتالي زيادة انتاج الماء المقطر، ونلاحظ صعود درجة حرارة السطح الزجاجي بشكل سريع بسبب قابلية اكتساب الحرارة للزجاج .

الشكل رقم (2) يبين العلاقة بين درجات الحرارة لكل من حرارة الماء داخل المقطر وحرارة الغطاء الزجاجي وحرارة الجو ليوم 9/12/2015

الشكل رقم (3) يبين العلاقة بين درجات الحرارة لكل من حرارة الماء داخل المقطر وحرارة الغطاء الزجاجي وحرارة الجو ليوم 13/12/2015

الاستنتاجات من خلال النتائج العملية يمكن ان نستنتج ماياتي :- 1- تؤثر درجة حرارة المحيط الخارجي على درجة حرارة تبخر الماء بشكل كبير حيث يكون التناسب طردي بينهما. 2- زيادة الاشعاع الشمسي تؤدي الى زيادة درجة حرارة الماء داخل المقطر مما يؤدي الى زيادة انتاجية الماء المقطر. 3- زيادة المساحة السطحية للسطح الماص بنفس الحيز الموجود بالمقطر اعطى انتاجية اعلى في استغلاله .

عدم ترسب الأملاح التي تعيق عملية التبخر على السطح الماص لدورانه داخل الماء فيتم غسله دائما من ترسبات الأملاح , وبذلك زيادة لكفائة المقطر وعدم الهدر في الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة الماء على الأسطوانة .

المصادر 1- Murugavel, K., Chokalingam, K., Srithar,K. Progresses in improving the effectiveness of the single basin passive solar still. Desalination (The International Journal on the Science and Technology of Desalting and Water Purification) vol.220, p.p. 677-686, (2008). 2-Fath, H., El-Samanoudy, M.,Fahmy, k., Hassabou, A thermal-economic analysis and comparison between pyramid-shaped and single slope solar still configurations, Desalination (The International Journal on the Science and Technology of Desalting and Water Purification) vol.159, p.p.69-79. .(2003). 3-Dhiman, N. Transient analysis of spherical solar still. under destert climatic conditions.vol.69, no.1, p.p.47-55 ,(1988).