Dessalinisateur solaire autonome

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Une Prototype de avatarL'eauTech dans les catégories Énergie, Eau. Dernière modification le 27/11/2017 par L'eauTech.

Ebauche Dessalinisateur solaire autonome total.png

Projet de construction d'un dessalinisateur solaire low-tech par des étudiants ingénieurs dans le but d'aider les populations défavorisées.

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Introduction

Le projet L'EauTech est un projet mené par six étudiants de l'Ecole Centrale de Lille en collaboration avec l'association Gold Of Bengal. Ce projet vise à construire un dessalinisateur solaire low-tech, à partir de deux projets déjà menés à l'Ecole Centrale de Lille : le projet Opensol, ayant créé un concentrateur solaire low-tech, ainsi que le projet Delta, ayant créé un dessalinisateur low-tech.

Liste des matériaux

Concentrateur solaire :

  • Planche de bois résistante de dimension au moins 1m*2m et une autre de dimension au moins 90cm*2m
  • Miroirs (ou environ 35 miroirs ou plaques d’aluminium recouvertes de miroir autocollant si possible) de dimensions au moins 5/10cm*80cm

Support tuyau/réflecteur secondaire :

  • 2 tasseaux en bois de longueur 2m40 et de section 27x27 mm
  • Planche en bois (épaisseur : environ 5 mm, surface : de quoi faire deux plaques d’environ 8 cm x 13 cm)
  • 2 collier D28
  • Vis
  • Tuyau de cuivre
  • Tôle de métal de 2mm d’épaisseur

Réflecteur secondaire:

  • Tube PVC (1m de long et 10cm de diamètre)
  • Canettes de soda
  • Peinture noire

(*si possible, du miroir autocollant à découper d'environ 0,1x1m)

Cuve de condensation:

  • Tôle acier de 2mm d'épaisseur
  • Tube de cuivre de diamètre 12mm
  • Vis diamètre 6mm avec rondelles et écrous
  • Tube de cuivre de 12mm de diamètre et 2,5m de longueur

Liste des outils

  • Vis
  • Perceuse
  • Scie
  • Ciseaux
  • Mètre
  • Colle à bois
  • Colle forte tout matériau
  • Crayon
  • Tournevis
  • Machine à souder
  • Scie à métaux

Etape n°1 - Principe général de fonctionnement

Le système peut se décomposer en deux sous-systèmes : le concentrateur solaire et le déssalinisateur.

Au niveau du concentrateur solaire, les rayons du soleils vont être réfléchis par les réflecteurs primaire et secondaire vers un tube de cuivre dans lequel circule un fluide (de l'huile). Ce fluide va alors chauffer jusqu'à ébullition. Il circule dans un circuit fermé grâce à une pompe.

Ce circuit passe dans une cuve d'évaporation remplie d'eau sale qui va être chauffée jusqu'à ébullition par le fluide caloporteur. Cette vapeur d'eau passe ensuite par deux plateaux de distillation successifs dans la cuve d'évaporation, avant d'atteindre une dernière cuve dans laquelle la vapeur d'eau sera condensée grâce à un serpentin dans lequel elle passe avant de sortir sous forme d'eau liquide et propre.

Etape n°2 - Concentrateur solaire - Présentation

  • Nom des différentes parties du concentrateur solaire
  • Matériau : bois
  • Tubes en cuivre
  • Miroirs (ou plaques d'aluminium)

Etape n°3 - Concentrateur solaire - Réflecteur principal - Etape 1

Etape 1 : Bâti

  • Découper le bâti avec la planche de bois résistante : 1m*2m

Etape n°4 - Concentrateur solaire - Réflecteur principal - Etape 2

Etape 2 : Supports réflecteur principal

  • Découpe des 3 supports pour le réflecteur principal à l’aide de planches de bois
  • Pour la forme parabolique : voir les dimensions dans le tableau des photos

Etape n°5 - Concentrateur solaire - Réflecteur principal - Etape 3

Etape 3 : Miroirs

  • Réflecteur principal : découper les plaques de miroir en forme rectangulaire (dimensions sur les photos de l'étape précédente
  • Fixer les plaques à l’aide de colle sur le support et vérifier la bonne orientation de ce miroir

Remarque : Il est possible de changer le miroir par une plaque d’aluminium que l’on peut recouvrir de miroir autocollant

Etape n°6 - Concentrateur solaire - Support tuyau - Etape 1

Etape 1: Découpe des tasseaux

  • Couper les tasseaux en deux morceaux d'environ 65 cm de longueur
  • Couper des plans inclinés au bout de chaque morceau d’après un schéma dessiné, pour composer les quatre “poutres” de la structure et de façon à pouvoir les disposer comme sur la photo pour que les plans de coupe des tasseaux soient parallèles au sol

Etape n°7 - Concentrateur solaire - Support tuyau - Etape 2

Etape 2: Support du réflecteur secondaire et colliers

  • Poncer les surfaces de coupe pour que la colle soit plus efficace
  • Visser le support des colliers servant à soutenir le tube de cuivre aux planches en bois en leur centre et aux deux tasseaux prévus à cet effet en collant les planches à leur tasseau comme sur les photos.

Etape n°8 - Concentrateur solaire - Support tuyau - Etape 3

  • Coller les deux tasseaux restant à ceux précédemment vissés aux planches

Etape n°9 - Concentrateur solaire - Support tuyau - Etape 4

Etape 4: Consolidation

  • Avec les chutes de tasseaux, couper des morceaux et les coller ainsi aux supports, en ayant pris soin de les poncer comme précédemment, de manière à consolider la structure

Etape n°10 - Concentrateur solaire - Support tuyau - Etape 5

Etape 5: Vissage

  • Il ne reste plus qu’à visser les deux morceaux de la structure support du tuyau à la plaque support d’Opensol en passant par-dessous, en faisant bien attention à la position des colliers devant supporter le tuyau

Etape n°11 - Concentrateur solaire - Réflecteur secondaire - Présentation

Le réflecteur secondaire permet de renvoyer les rayons lumineux non interceptés par le tuyau de cuivre sur ce dernier. Il est situé au dessus du tuyau.

Etape n°12 - Concentrateur solaire - Réflecteur secondaire - Etape 1

Etape 1: Le découpage du tuyau en PVC

Le tuyau en PVC est ce qui sert de support au réflecteur secondaire. Il permet de maintenir les canettes de soda qui réfléchissent les rayons lumineux.

Les étapes de fabrication sont les suivantes:

  • Découper en deux, dans la longueur, le tube PVC
  • Colorer l'extérieur du tube en PVC en noir avec de la peinture

Etape n°13 - Concentrateur solaire - Réflecteur secondaire - Etape 2

Etape 2 : Découpage et collage des canettes

Les canettes étant en aluminium, l'intérieur de celles-ci s'est révélé une bonne alternative pour réfléchir les rayons lumineux.

Les étapes de fabrication du réflecteur sont:

  • Découper les canettes en forme rectangulaire.

Deux des quatre côtés mesurent 9cm, il n'y a pas de contrainte de longueur pour les deux autres côtés.

  • Plier en deux les canettes découpées. (Pour avoir deux parties de 4,5cm)
  • Coller les canettes dans le tube en PVC grâce à de la colle forte.

Etape n°14 - Dessalinisateur - Cuve évaporation - Etape 1

Etape 1 : Fabrication du bâti

  • Découper la tôle de métal afin d’avoir 6 rectangles (photos dimensions : 2 rectangles de 4cm*15cm ; 2 de 1m*15cm ; 1 de 1m*4cm ; 1 de 6cm*1,02m). Voir la photo.
  • Replier sur 1 cm comme sur les pointillés de la photo puis faire des trous pour mettre des vis (Il faut compter 1 cm en haut de la cuve afin de pouvoir ouvrir la cuve)
  • Remarque 1 : Attention à l’étanchéité entre les parois de la cuve (il faut souder) !
  • Remarque 2 : Attention à l’étanchéité entre les parois du haut de la cuve (mettre une chambre à air de vélo par exemple avant de visser) !

Etape n°15 - Dessalinisateur - Cuve évaporation - Etape 2

Etape 2 : Fabrication des étages

  • Découper 2 plateaux de dimensions 99.6cm*3.6cm (si la tôle fait 2mm d’épaisseur).
  • Souder alors des encoches sur les parois latérales afin de pouvoir y poser les plateaux (voir la photo pour la hauteur des 2 plateaux).
  • Ne pas oublier de faire des trous de diamètre 5 cm à une extrémité de chaque plateau (afin que la vapeur circule dans tous les étages).

Etape n°16 - Dessalinisateur - Cuve évaporation - Etape 3

Etape 3 : Fabrication des 3 trous pour les tuyaux de cuivre

  • Dans les 2 parois latérales les plus éloignées : faire un trou de diamètre 14 mm (voir la photo pour la position) dans l'étage du bas.
  • Dans une de ces mêmes parois latérales, faire un trou de diamètre 14 mm dans l'étage du haut (pour le tuyau permettant d'évacuer la vapeur).

Remarque : Souder afin de faire l’étanchéité entre les tuyaux et la cuve !

Etape n°17 - Cuve de condensation - Présentation

La cuve de condensation sert de stockage intermédiaire entre la cuve de stockage et la cuve d'évaporation. Dans cette cuve, d’une contenance d’une dizaine de litres, l’eau saumâtre est réchauffée par la condensation et le refroidissement de la vapeur. Il est donc indispensable que le matériau, dans laquelle cette cuve est fabriquée, résiste à la chaleur, jusqu’à une centaine de degré Celsius.

Etape n°18 - Cuve de condensation - Etape 1

Etape 1: Découpe de la tôle en 5 faces

  • Découpe des 4 faces
   * Face de base: 200x200mm
   * 4 faces de côté: 200x355mm (hauteur qui peut être ajustée)
  • Pliage des faces de côté
  • Soudage de la base et des 4 faces

Etape n°19 - Cuve de condensation - Etape 2

Etape 2: les trous

Quatre trous à percer:

  • Un trou d’arrivée d’eau de la cuve de stockage, qui accueille un régulateur de débit (de type chasse d’eau par exemple pour l’autonomisation, mais une simple vanne manuelle peut suffir). Ce trou doit se situer sur le haut de la cuve.
  • Un trou de sortie d'eau saumâtre préchauffée par la condensation de la vapeur, en bas de la cuve, en direction de la cuve d'évaporation.
  • Un trou d'arrivée de vapeur depuis la cuve d'évaporation, se situant sous le niveau d’eau contenu dans la cuve.
  • Un trou de sortie d'eau potable (la vapeur condensée), plus bas que le trou précédent

(Voir schéma ci-joint où l'on voit le tuyau de vapeur coloré)

Etape n°20 - Cuve de condensation - Etape 3

Etape 3: Serpentin de condensation (là où se condense la vapeur)

  • Entourer le tube de cuivre d'un ressort rigide (il permet d'obtenir une forme arrondie)
  • Si le cuivre n'est pas recuit, il faut le chauffer jusqu'à ce qu'il atteigne une couleur rouge et le plonger dans de l'eau froide.
  • Il faut ensuite lui donner une forme arrondie en l'enroulant autour d'un cylindre.
  • Insérer le serpentin dans la cuve à travers les 2 trous précédemment fait

Etape n°21 - Cuve de condensation - Etape 4

Etape 4: Couvercle de la cuve

  • Effectuer au moins 8 trous sur les rebords de la cuve pour les vis qui fixeront le couvercle.
  • Découper une tôle carré de 250x250mm qui fera office de couvercle
  • Une chambre à air de vélo peut être insérée entre les rebords de la cuve et le couvercle pour une meilleure étanchéité.

Notes et références

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