Document
Experimantal and theoretical aspects of phase change materials in solar desalination
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2018
Language
English
Subject
English abstract
In this work, a solar still was designed and built to study the effect of using Phase Change Material (PCM) on the water temperature inside the still and its productivity defined as the amount of fresh water produced. For this purpose, Tricosane (paraffin wax) was used as PCM for different reasons including, low melting point of 45°C which allows it to melt easily during the daytime, in addition, paraffin wax is affordable, safe and not toxic. The PCM was packed inside sealed copper tubes submerged under water inside the solar still. The number of PCM filled tubes was varied to achieve values of mass of PCM/mass of water, R, of 0, 0.17, 0.34 and 0.51. The experimental results showed that the temperature of both the water and the PCM increases as the sun rises till the melting point of the PCM is reached after which it remains constant till all the PCM melts. The temperature then rises to reach a maximum value after which it drops till the melting point is reached again. It remains constant at the melting point of the PCM until all of the PCM solidifies after which it drops. The length of the constant temperature zones is proportional to the amount of the PCM present. The experimental results showed that as the value of R increases, the daytime productivity decreases whereas the nighttime productivity increases resulting in a decrease in the overall unit productivity. During the night time, the average increase in the unit productivity during the months of April to August is 22.2%, 36.4%, and 50% for R equal to 0.17, 0.34 and 0.51 respectively. The effect of solar irradiation and ambient weather conditions was investigated by carrying the experiments in different months (April to August). The change in the temperature of the water and the PCM, as well as the unit productivity, was predicted theoretically by performing mass and energy balances. The effect of solar irradiation and the amount of PCM was studied. The theoretical results obtained confirmed those obtained experimentally.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
الجوانب التجريبية والنظرية للمواد المتغيرة الطور في التحلية الشمسية
جلد: سلسبيل بنت محمد بن سباع الصوافية
نبذه مختصره
في هذا العمل تم تصميم مقطر شمسي لدراسة تأثير درجة حرارة المواد المتغيرة الطور على درجة حرارة الماء وعلى إنتاجية المقطر الشمسي ؛ لذلك تم استخدام مادة الشمع البارافيني كمادة متغيرة الطور لأنه آمن، غير سام، يذوب عند درجة حرارة منخفضة ومتوفر بأسعار معقولة. حيث تم تعبأة الشمع في أنابيب نحاسية ومن ثم تم غمرها في الماء الموجود في المقطر الشمسي. فقد استخدمت كتل مختلفة من الشمع البارافيني وكانت نسبة الشمع المستخدم إلي نسبة الماء (R) تساوي 0 و 0. 17 و 0 . 34 و 0. 51. وأيضا تم قياس التغير في درجة حرارة الشمع والماء كل دقيقتين لمدة 24 ساعة في حين تم قياس كمية الماء المنتجة كل ساعة. أظهرت النتائج التجريبية أن درجة حرارة الشمع والماء تزيد بازدياد الإشعاع الشمسي، فدرجة حرارة الشمع ترتفع حتى تصل إلى درجة حرارة الذوبان، عندها تستقر درجة الحرارة حتى يذوب الشمع بأكمله. بعد ذلك ترتفع درجة حرارة الشمع بازدياد أشعة الشمس حتى تصل إلى أقصى درجة ومن ثم تنخفض بانخفاض الإشعاع الشمسي حتى تصل إلى درجة حرارة الذوبان مرة أخرى، عندها تظل درجة الحرارة ثابتة حتى يتحول الشمع بأكمله إلى الحالة الصلبة ؛ ومن ثم تنخفض درجة حرارته تدريجية. إن مدة تصلب الشمع تعتمد على كمية الشمع المستخدم، حيث أظهرت النتائج أنه كلما زادت نسبة الشمع للماء (R) تقل الإنتاجية في فترة النهار وتزداد خلال فترة المساء ؛ السبب الذي أدى إلى انخفاض الإنتاج الكلي للمقطر. فخلال فترة المساء ارتفعت الإنتاجية إلى %22. 2 و36 . 4 % و50% لكل من (R) تساوي 0 و 0. 17 و 0. 34 و 0. 51. من ناحية أخرى تم دراسة تأثير الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الجو خلال الفترة الزمنية من أبريل إلى أغسطس ؛ حيث جلت أعلى إنتاجية خلال الأشهر الحارة. بالإضافة إلى ذلك تم إجراء دراسة نظرية على تغير درجة حرارة الماء والمادة متغيرة الطور وعلى إنتاجية المقطر، ووجد أن النتائج التي تم الحصول عليها نظرية تؤكد تلك التي تم الحصول عليها تجريبيا.
جلد: سلسبيل بنت محمد بن سباع الصوافية
نبذه مختصره
في هذا العمل تم تصميم مقطر شمسي لدراسة تأثير درجة حرارة المواد المتغيرة الطور على درجة حرارة الماء وعلى إنتاجية المقطر الشمسي ؛ لذلك تم استخدام مادة الشمع البارافيني كمادة متغيرة الطور لأنه آمن، غير سام، يذوب عند درجة حرارة منخفضة ومتوفر بأسعار معقولة. حيث تم تعبأة الشمع في أنابيب نحاسية ومن ثم تم غمرها في الماء الموجود في المقطر الشمسي. فقد استخدمت كتل مختلفة من الشمع البارافيني وكانت نسبة الشمع المستخدم إلي نسبة الماء (R) تساوي 0 و 0. 17 و 0 . 34 و 0. 51. وأيضا تم قياس التغير في درجة حرارة الشمع والماء كل دقيقتين لمدة 24 ساعة في حين تم قياس كمية الماء المنتجة كل ساعة. أظهرت النتائج التجريبية أن درجة حرارة الشمع والماء تزيد بازدياد الإشعاع الشمسي، فدرجة حرارة الشمع ترتفع حتى تصل إلى درجة حرارة الذوبان، عندها تستقر درجة الحرارة حتى يذوب الشمع بأكمله. بعد ذلك ترتفع درجة حرارة الشمع بازدياد أشعة الشمس حتى تصل إلى أقصى درجة ومن ثم تنخفض بانخفاض الإشعاع الشمسي حتى تصل إلى درجة حرارة الذوبان مرة أخرى، عندها تظل درجة الحرارة ثابتة حتى يتحول الشمع بأكمله إلى الحالة الصلبة ؛ ومن ثم تنخفض درجة حرارته تدريجية. إن مدة تصلب الشمع تعتمد على كمية الشمع المستخدم، حيث أظهرت النتائج أنه كلما زادت نسبة الشمع للماء (R) تقل الإنتاجية في فترة النهار وتزداد خلال فترة المساء ؛ السبب الذي أدى إلى انخفاض الإنتاج الكلي للمقطر. فخلال فترة المساء ارتفعت الإنتاجية إلى %22. 2 و36 . 4 % و50% لكل من (R) تساوي 0 و 0. 17 و 0. 34 و 0. 51. من ناحية أخرى تم دراسة تأثير الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الجو خلال الفترة الزمنية من أبريل إلى أغسطس ؛ حيث جلت أعلى إنتاجية خلال الأشهر الحارة. بالإضافة إلى ذلك تم إجراء دراسة نظرية على تغير درجة حرارة الماء والمادة متغيرة الطور وعلى إنتاجية المقطر، ووجد أن النتائج التي تم الحصول عليها نظرية تؤكد تلك التي تم الحصول عليها تجريبيا.
Category
Theses and Dissertations