Dessalinisateur solaire autonome

L'eauTech

https://lowtechlab.dokit.app/wiki/Dessalinisateur_solaire_autonome

Dernière modification le 09/01/2018

Difficulté

Difficile ⧼wf-propertyvalue-difficulty-Difficile⧽

Durée

20 jour(s) ⧼wf-propertyvalue-durationtype-jour(s)⧽

Coût

300 EUR (€)

Description

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

Sommaire

dessalinisateur, Solaire, eau, potable, low-tech,

---

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.

Outils & Matériaux

Matériaux

1. Concentrateur solaire

  1.1. Bâti

• Planche de bois résistanet de dimension minimale 1x2m

  1.2. Réflecteur principal
     1.2.1.	Support du réflecteur principal

• Planche de bois de dimension minimale 0,9x2m

     1.2.2.	Miroirs

• Environ 35 plaques d’aluminium de dimension minimale 10x80cm
• Miroir autocollant à découper d’environ 0,1x1m (si possible)

  1.3. Réflecteur secondaire
     1.3.1.	Support du tuyau en cuivre et du réflecteur

• 2 tasseaux en bois de longueur 2,4m et de section 27x27mm
• Planche en bois (épaisseur : environ 5mm, surface : de quoi faire deux plaques d’environ 8x13cm)
• 2 colliers diamètre 12mm
• Vis
• Tuyau de cuivre de diamètre 12mm et de 1 m de longueur
• Tôle de métal de 2mm d’épaisseur

     1.3.2.	Réflecteur secondaire et tuyau en cuivre

• Tube PVC : 1m de long et 10cm de diamètre
• Canettes de soda
• Peinture noire
• Tube en cuivre de 14mm de diamètre et de longueur 1m

2. Dessalinisateur

  2.1. Cuve d’évaporation
     2.1.1.	Bâti

• 6 tôles d’acier de 2mm d’épaisseur (2 tôles de 15cmx4cm, 2 tôles 1mx1cm, 1 tôle de 1mx1cm, 1 tôle de 1,02mx6cm)

     2.1.2.	Etages

• 2 tôles d’acier de 2mm d’épaisseur : 1mx3,6cm

     2.1.3.	Tuyau en cuivre

• Tube en cuivre de 14mm de diamètre et de longueur 1m

  2.2. Cuve de condensation
     2.2.1.	Bâti

• Tôle acier de 2mm d’épaisseur d’au moins 200x2100mm

     2.2.2.	Tuyaux en cuivre

• Tube de cuivre de 12mm de diamètre et 2,5m de longueur

        2.2.2.1.	Serpentin de condensation en cuivre
        2.2.2.2.	Tuyau d’arrivée d’eau en cuivre
        2.2.2.3.	Tuyau de sortie d’eau en cuivre

     2.2.3.	Couvercle

• 8 vis de diamètre 6mm avec rondelles et écrous
• Tôle acier de 2mm d’épaisseur : 250x250mm

3. Circuit total

  3.1. Tuyaux de fermeture du circuit

• 10 joints en caoutchouc
• Vanne
• 5 Tuyaux flexible 1m ou 50 cm pour fermer le circuit
• Raccords éventuels

  3.2. Pompe

• Pompe à huile

Outils

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

Étape 1 - Nomenclature

1 Concentrateur solaire

  1.1 Bâti
  1.2 Réflecteur principal
     1.2.1 Support pour réflecteur principal
     1.2.2 Miroirs
  1.3 Réflecteur secondaire
     1.3.1 Support pour réflecteur secondaire
     1.3.2 Réflecteur secondaire et tuyau en cuivre

2 Dessalinisateur

  2.1 Cuve évaporation
     2.1.1 Bâti
     2.1.2 Etages
     2.1.3 Tuyau en cuivre
  2.2 Cuve condensation
     2.2.1 Bâti
     2.2.2 Tuyaux en cuivre
        2.2.2.1 Serpentin de condensation en cuivre
        2.2.2.2 Tuyau d’arrivée d’eau en cuivre
        2.2.2.3 Tuyau de sortie d’eau en cuivre

3 Circuit total

  3.1 Tuyaux de fermeture du circuit4
  3.2 Pompe

Étape 2 - Principe général de fonctionnement

Le système peut se décomposer en deux sous-systèmes : le concentrateur solaire 1 et le déssalinisateur 2.

Au niveau du concentrateur solaire 1, les rayons du soleils vont être réfléchis par les réflecteurs principal 1.2 et secondaire 1.3 vers un tube de cuivre 1.3.2 dans lequel circule un fluide caloporteur (de l'huile). Ce fluide va alors chauffer jusqu'à ébullition. Il circule dans un circuit fermé grâce à une pompe 3.2.

Ce circuit passe dans une cuve d'évaporation 2.1 remplie d'eau sale qui va être chauffée jusqu'à ébullition par le fluide caloporteur. Cette vapeur d'eau passe ensuite par deux étages de distillation 2.1.2 successifs dans la cuve d'évaporation 2.1, avant d'atteindre la cuve de condensation 2.2 dans laquelle la vapeur d'eau sera condensée grâce à un serpentin 2.2.2.1 dans lequel elle passe avant de sortir sous forme d'eau liquide et propre.

Étape 3 - Concentrateur solaire 1 - Présentation

• Nom des différentes parties du concentrateur solaire 1
• Matériau : bois
• Tubes en cuivre
• Miroirs (ou plaques d'aluminium)

Étape 4 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur principal 1.2 - Etape 1

Etape 1 : Bâti 1.1

• Découper le bâti 1.1 avec la planche de bois résistante : 1m*2m

Étape 5 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur principal 1.2 - Etape 2

Etape 2 : Supports réflecteur principal 1.2.1

• Découpe des 3 supports 1.2.1 pour le réflecteur principal à l’aide de planches de bois
• Pour la forme parabolique : voir les dimensions dans le tableau des photos

Étape 6 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur principal 1.2 - Etape 3

Etape 3 : Miroirs 1.2.2

• Réflecteur principal 1.2 : découper les plaques de miroir 1.2.2 en forme rectangulaire (dimensions sur les photos de l'étape précédente
• Fixer les plaques 1.2.2 à l’aide de colle sur le support 1.2.1 et vérifier la bonne orientation de ce miroir

Remarque : Il est possible de changer le miroir 1.2.2 par une plaque d’aluminium que l’on peut recouvrir de miroir autocollant

Étape 7 - Concentrateur solaire 1 - Support tuyau 1.3.1 - 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

Étape 8 - Concentrateur solaire 1- Support tuyau 1.3.1 - Etape 2

Etape 2 : Support du réflecteur secondaire 1.3.1 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.

Étape 9 - Concentrateur solaire 1 - Support tuyau 1.3.1 - Etape 3

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

Étape 10 - Concentrateur solaire 1 - Support tuyau 1.3.1 - 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

Étape 11 - Concentrateur solaire 1 - Support tuyau 1.3.1 - Etape 5

Etape 5: Vissage

• Il ne reste plus qu’à visser les deux morceaux de la structure support du tuyau 1.3.1 au bâti 1.1 en passant par-dessous, en faisant bien attention à la position des colliers devant supporter le tuyau 1.3.2.

Étape 12 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur secondaire 1.3 - Présentation

Le réflecteur secondaire 1.3 permet de renvoyer les rayons lumineux non interceptés par le tuyau de cuivre 1.3.2 sur ce dernier. Il est situé au dessus du tuyau 1.3.2.

Étape 13 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur secondaire 1.3 - Etape 1

Etape 1: Le découpage du tuyau en PVC

Le tuyau en PVC est ce qui sert de support au réflecteur secondaire 1.3. Il permet de maintenir les canettes de soda qui réfléchissent les rayons lumineux.

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

Étape 14 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur secondaire 1.3 - 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.

• 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.

Étape 15 - Dessalinisateur 2 - Présentation

• Nom des différentes parties du dessalinisateur 2
• Matériau : acier
• Tubes en cuivre
• La cuve de condensation 2.2 sert de stockage de l'eau saumâtre avant la cuve d'évaporation 2.1. Dans cette cuve, la vapeur créée par la cuve d'évaporation 2.1 circule dans un serpentin 2.2.2.1.
• La cuve d'évaporation 2.1, composée de 2 étages 2.1.2, permet de faire passer l'eau saumâtre à l'état de vapeur. La vapeur créée circule dans un serpentin 2.2.2.1 dans la cuve de condensation 2.2 afin de la refroidir et de la faire passer à l'état liquide.
• On obtient ainsi de l'eau potable.

Étape 16 - Dessalinisateur 2 - Cuve évaporation 2.1 - Etape 1

Etape 1 : Fabrication du bâti 2.1.1

• 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 d'évaporation 2.1)

• Remarque 1 : Attention à l’étanchéité entre les parois de la cuve 2.1 (il faut souder) !
• Remarque 2 : Attention à l’étanchéité entre les parois du haut de la cuve 2.1 (mettre une chambre à air de vélo par exemple avant de visser) !

Étape 17 - Dessalinisateur 2 - Cuve évaporation 2.1 - Etape 2

Etape 2 : Fabrication des étages 2.1.2

• Découper 2 plateaux de dimensions 99.6cm*3.6cm (si la tôle fait 2mm d’épaisseur).
• Souder alors des encoches sur les parois latérales de la cuve 2.1 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).

Étape 18 - Dessalinisateur 2 - Cuve évaporation 2.1 - Etape 3

Etape 3 : Fabrication des 3 trous pour les tuyaux de cuivre entrée du serpentin de condensation 2.2.2.1 et tuyau 2.2.2.3 qui traverse la cuve 2.1 par l'étage du bas

• Dans les 2 parois latérales les plus éloignées de la cuve 2.1 : faire un trou de diamètre 14 mm (voir la photo pour la position) dans l'étage du bas pour le tuyau 2.2.2.3.
• Dans une de ces mêmes parois latérales, faire un trou de diamètre 14 mm dans l'étage du haut (pour le tuyau 2.2.2.1 permettant d'évacuer la vapeur).

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

Étape 19 - 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

Étape 20 - 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 (entrée du serpentin de condensation), se situant sous le niveau d’eau contenu dans la cuve.

• Un trou de sortie d'eau potable (sortie du serpentin de condensation), plus bas que le trou précédent

• Remarque : ces trous doivent être fait en fonction des autres parties du prototype (notamment pour le serpentin de condensation où il est conseillé de le fabriquer avant de percer les trous voir l’étape suivante).

• Voir l’image où le trou de sortie de l’eau saumâtre n’est pas représenté (arrivée d’eau : en haut à droite et les 2 extrémités du serpentin de condensation sont en haut à gauche et en bas à droite).

Étape 21 - 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

Étape 22 - 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.

Étape 23 - Circuit total

Les deux parties principales étant construites, il ne reste plus qu’à fermer le circuit où circulera le fluide caloporteur ! Privilégier des tuyaux bien isolés thermiquement (mettre de la laine de verre au besoin), flexibles (pour pouvoir déplacer facilement le prototype). Il ne faut pas oublier d'intégrer une pompe au circuit (cf étape suivante) !

Étape 24 - Pompe

Pour le choix de la pompe, il faut bien faire attention à utiliser une pompe à huile. Une telle pompe peut être une pompe de récupération et peut se trouver sur des motos ou des voitures.