بررسی تجربی اثر ترکیبی کندانسور و مواد تغییر فاز دهنده در عملکرد آب‌شیرین‌کن خورشیدی حوضچه تک شیب

پرویز, سید مهدی; سفید, محمد; پیرزایی خبازی, نوید

doi:10.48301/kssa.2023.368106.2333

بررسی تجربی اثر ترکیبی کندانسور و مواد تغییر فاز دهنده در عملکرد آب‌شیرین‌کن خورشیدی حوضچه تک شیب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

سید مهدی پرویز ¹

محمد سفید ²

نوید پیرزایی خبازی ³

¹ دانشجوی بین‌الملل کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک - بخش انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشگاه یزد، ایران.

² عضو هیئت علمی، استاد، گروه فنی و مهندسی، دانشکده مهندسی مکانیک، بخش تبدیل انرژی، دانشگاه یزد، ایران.

³ عضو هیئت علمی، استادیار، گروه فنی و مهندسی، دانشکده مهندسی مکانیک، بخش تبدیل انرژی، دانشگاه یزد، ایران.

10.48301/kssa.2023.368106.2333

چکیده

امروزه آب شیرین‌کن‌های خورشیدی یکی از راه‌حل‌های امیدوار‌کننده برای معضل کمبود آب آشامیدنی، به طور عمده در مناطق دوردست و کم‌جمعیت است. در تحقیق حاضر یک آب شیرین‌کن با کندانسورهای خارجی طراحی شده است. برای ذخیره انرژی گرمایی در حوضچۀ این آب شیرین‌کن، از مواد تغییر فاز دهندۀ موم پارافین قرار گرفته در لوله‌های مسی استفاده شده است. به‌منظور مقایسه و بررسی عملکرد آب شیرین‌کن پیشنهادی یک آب شیرین‌کن معمولی با همان مشخصات و ابعاد نیز ساخته شده است. هر دو آب شیرین‌کن در روزهای 8، 15 و 19 اردیبهشت ماه مورد بررسی قرار گرفته‌اند، نتایج آزمایش‌ها نشان داده که عملکرد آب شیرین‌کن پیشنهادی بهتر از آب شیرین‌کن معمولی بوده است. بیشترین آب شیرین تولید شده 3.55 و 3.04 لیتر بر مترمربع در روز به ترتیب برای آب شیرین‌کن پیشنهادی و معمولی به دست آمده که نشان‌دهنده 17 درصد افزایش بهره‌وری در روز است. از پژوهش‌های گذشته مشخص است که کندانسور با آن که اختلاف دما بین پوشش شیشه‌ای و آب‌شور حوضچه را افزایش می‌دهد، باعث کاهش میزان دمای حوضچه نیز می‌شود. اما در این پژوهش نتیجۀ قابل توجهی که به دست آمده این است که علاوه بر افزایش اختلاف دمایی بین پوشش شیشه‌ای و آب‌شور، میزان دمای آب‌شور نیز افزایش پیدا کرده است و این روند افزایش دما تا پایان روز در هر سه آزمایش مشاهده شده است که نشان‌دهندۀ عملکرد مؤثر موم پارافین در حوضچۀ آب شیرین‌کن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

آب شیرین‌کن

مواد تغییر فاز دهنده

موم پارافین

کندانسور و لوله‌‌های مسی

موضوعات

انرژی تجدیدپذیر

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Combined Effect of Condenser and Phase Change Materials in the Performance of Single Slope Solar Still

نویسندگان English

Sayed Mahdi Parwez ¹

Mohammad Sefid ²

Navid Perzai Khabazi ³

¹ Master's Student in Mechanical Engineering, Department of Renewable Energy, Yazd University, Iran.

² Faculty Member, Professor, Technical and Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Energy Conversion, Yazd University, Iran.

³ Faculty Member, Assistant Professor, Technical and Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Energy Conversion, Yazd University, Iran.

چکیده English

Today, solar desalination is one of the promising solutions for the problem of drinking water shortage, mainly in remote and low-population areas. In the present research, a solar still with passive external condensers was designed. To store the thermal energy in the basin of this solar still, paraffin wax was used in copper tubes as phase change materials. To compare and investigate the performance of the proposed solar still, a conventional solar still with the same specifications and dimensions was built and tested. Both solar stills were investigated on the days of 28 April, 5 and 9 May. The results of the experiments showed that the performance of the proposed solar still was better than the conventional solar still; the highest produced fresh water was 3.55 and 3.04 lit/m²day, respectively, for the proposed and conventional solar stills, which showed a 17% increase in productivity per day. It is clear from past research that the condenser increases the temperature difference between the glass covers and the saltwater of the basin, but causes the temperature of the saltwater basin to decrease. However, in this research, in addition to the increase in the temperature difference between the glass cover and salt water, the amount of salt water also increased, and this trend of increasing temperature was observed until the end of the day in all three experiments, which shows the effective performance of paraffin wax in the basin of solar still.

کلیدواژه‌ها English

Solar Still

Phase Change Material

Paraffin Wax

Condenser and Copper Tubes

[1] Kabeel, A. E., Abdelgaied, M., & Eisa, A. (2019). Effect of graphite mass concentrations in a mixture of graphite nanoparticles and paraffin wax as hybrid storage materials on performances of solar still. Renewable Energy, 132, 119-128. https://doi.org/10.101 6/j.renene.2018.07.147

[2] United Nations World Water Assessment Programme. (2018). The United Nations world water development report 2018: nature-based solutions for water. Unesco. https://u nesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000261424

[3] Tiwari, G. N., & Sahota, L. (2017). Advanced solar-distillation systems: Basic Principles, Thermal Modeling, and Its Application. Springer Singapore. https://doi.org/10.1007 /978-981-10-4672-8

[4] Alshail, K. (2020). Analysis of solar energy in desalination plants in Saudi Arabia [PhD, University of Granada]. Granada, Spain. https://digibug.ugr.es/handle/10481/63503

[5] Bazargan, M., & Ahmadi Ali Beiglooei, M. (2014). Production of fresh water using underground cooling of moist air and solar energy. Journal of Renewable and New Energy, 1(1), 4-15. https://www.jrenew.ir/article_49017.html?lang=en

[6] Mollahosseini, A., Abdelrasoul, A., Sheibany, S., Amini, M., & Salestan, S. K. (2019). Renewable energy-driven desalination opportunities - A case study. Journal of environmental management, 239, 187-197. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.03.044

[7] Shalaby, S. M., Kabeel, A. E., & El-Bialy, E. (2019). Investigation and Improvement of the Humidification–Dehumidification Solar Water Desalination System Implemented Wick as Packing Material. Journal of Solar Energy Engineering, 142(1), 1-26. https ://doi.org/10.1115/1.4044578

[8] Armstrong, P. (2021). Solar humidifier in a humidification-dehumidification type desalination system. (United States Patent No. US10981805B2). Google Patents. https://patents. google.com/patent/US10981805B2/en

[9] Bagheri Esfa, H., Rostamzadeh, R., & Rostamzadeh, M. (2019). Investigation of different solar water desalination systems. Mechanical Engineering, 28(1), 24-34. https://mm ep.isme.ir/article_35743.html

[10] Selvaraj, K., & Natarajan, A. (2018). Factors influencing the performance and productivity of solar stills - A review. Desalination, 435, 181-187. https://doi.org/10.1016/j.desal .2017.09.031

[11] Alwan, N. T., Shcheklein, S., & Ali, O. (2021). Investigation of the coefficient of heat transfer and daily cumulative production in a single-slope solar distiller at different water depths. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 43(21), 2820-2837. https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1842561

[12] Negi, P., Dobriyal, R., Singh, D. B., & Badhotiya, G. K. (2021). A review on passive and active solar still using phase change materials. Materials Today: Proceedings, 46(20), 10433-10438. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.996

[13] Omara, A. A. M., Abuelnuor, A. A. A., Mohammed, H. A., & Khiadani, M. (2019). Phase change materials (PCMs) for improving solar still productivity: a review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 139(3), 1585-1617. https://doi.org/10.1007/s10 973-019-08645-3

[14] Sonker, V. K., Chakraborty, J. P., Sarkar, A., & Singh, R. K. (2019). Solar distillation using three different phase change materials stored in a copper cylinder. Energy Reports, 5, 1532-1542. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.10.023

[15] Sathish Kumar, T. R., Jegadheeswaran, S., & Chandramohan, P. (2018). Performance investigation on fin type solar still with paraffin wax as energy storage media. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 136(1), 101-112. https://doi.org/10.1007/s10 973-018-7882-7

[16] Behura, A., & Gupta, H. K. (2021). Use of nanoparticle-embedded phase change material in solar still for productivity enhancement. Materials Today: Proceedings, 45, 3904-3907. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.285

[17] Kabeel, A., Omara, Z., Essa, F., & Abdullah, A. (2016). Solar still with condenser–A detailed review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59, 839-857. https://doi.org/10 .1016/j.rser.2016.01.020

[18] Mohaisen, H. S., Esfahani, J. A., & Ayani, M. B. (2021). Improvement in the performance and cost of passive solar stills using a finned-wall/built-in condenser: An experimental study. Renewable Energy, 168(1), 170-180. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.1 2.056

[19] Hassan, H., & Abo-Elfadl, S. (2017). Effect of the condenser type and the medium of the saline water on the performance of the solar still in hot climate conditions. Desalination, 417, 60-68. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.05.014

[20] Rahmani, A., Khemmar, F., & Saadi, Z. (2021). Experimental investigation on the negative effect of the external condenser on the conventional solar still performance. Desalination, 501, 114914. https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114914

[21] Mevada, D., Panchal, H., & Sadasivuni, K. K. (2021). Investigation on evacuated tubes coupled solar still with condenser and fins: Experimental, exergo-economic and exergo-environment analysis. Case Studies in Thermal Engineering, 27(6), 101217. https:// doi.org/10.1016/j.csite.2021.101217

[22] Panchal, H., & Sathyamurthy, R. (2017). Experimental analysis of single-basin solar still with porous fins. International Journal of Ambient Energy, 41(5), 563-569. https://d oi.org/10.1080/01430750.2017.1360206