Autonomous solar watermaker

L'eauTech

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Dessalinisateur_solaire_autonome/en

Dernière modification le 05/07/2024

Difficulté

Hard Difficile

Durée

20 day(s) jour(s)

Coût

300 EUR (€)

Description

A project by engineering students to build a low-tech solar watermaker to help disadvantaged communities.

Sommaire

dessalinisateur, Solaire, eau, potable, low-tech, en fr 1

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Introduction

L'EauTech is a project run by six students from the Ecole Centrale de Lille in collaboration with the Gold Of Bengal association. The aim of the project is to build a low-tech solar watermaker, based on two projects already carried out at the Ecole Centrale de Lille: the Opensol project, which created a low-tech solar concentrator, and the Delta project, which created a low-tech watermaker.

You can find and download a summary of this tutorial in PDF format by clicking on this link: https://drive.google.com/open?id=1aqvStMdIfSuhj4bioxSa0Zk8wiuJO1vL .

Matériaux

1. Solar concentrator

1.1. Frame

• Strong wooden board, minimum size 1x2m

1.2 Main reflector

1.2.1. Main reflector support

• Wooden board minimum size 0.9x2m

1.2.2. Mirrors

• Around 35 sheets of mirrors measuring 10x80cm

OR

• Around 35 aluminium sheets, minimum size 10x80cm
• A self-adhesive mirror to cut out, approx. 0.1x1m (if possible)

1.3. Secondary reflector

1.3.1. Copper pipe and reflector support

• 2 wooden battens, 2.4m long and 27x27mm in cross-section
• Wooden board (thickness: approx. 5mm, surface: enough to make two slabs approx. 8x8cm)
• 2 clamps diameter 28mm
• 6 screws
• 28mm diameter copper pipe, 1m long
• 2mm thick sheet metal

1.3.2. Secondary reflector and copper pipe

• PVC tube: 1m long and 10cm in diameter
• Soda cans
• Black paint

2. Watermaker

2.1. Evaporation tank

2.1.1. Frame

• 6 stainless steel sheets 2mm thick (2 sheets 15cmx4cm, 2 sheets 1mx1cm, 1 sheet 1mx1cm, 1 sheet 1.02mx6cm)

2.1.2. Stages

• 2 stainless steel sheets 2mm thick: 1mx3.6cm

2.1.3. Copper pipe

• 14mm diameter copper tube 1m long

2.2 Condensation tank

2.2.1. Frame

• 2mm-thick stainless steel sheet measuring at least 200x2100mm

2.2.2. Copper pipe

• 14mm diameter copper tube 2,5m long

2.2.2.1. Copper condensing coil 2.2.2.2. Copper water inlet pipe 2.2.2.3. Copper water outlet pipe

2.2.3. Cover

• 8 screws 6mm diameter with washers and nuts
• 2mm thick stainless steel sheet: 250x250mm

3. Total circuit

3.1 Circuit-closing pipes

• 20 rubber seals
• Valve
• 5 flexible tubes 1m or 50 cm to close the circuit
• Any fittings

3.2. Pump

• Oil pump
• Vegetable oil

Outils

• Screws
• Drills
• Saw
• Scissors
• Measuring tape
• Wood glue
• Strong glue for all materials
• Pencil
• Screwdrivers
• Welding machine
• Hacksaw

Étape 1 - Nomenclature

1 Solar concentrator

  1.1 Frame
  1.2 Main reflector
     1.2.1 Support for main reflector
     1.2.2 Mirrors
  1.3 Secondary reflector
     1.3.1 Support for secondary reflector
     1.3.2 Secondary reflector and copper pipe

2 Watermaker

  2.1 Evaporation tank
     2.1.1 Frame
     2.1.2 Stages
     2.1.3 Copper pipe
  2.2 Condensation tank
     2.2.1 Frame
     2.2.2 Copper pipes
        2.2.2.1 Copper condensing coil
        2.2.2.2 Copper water inlet pipe
        2.2.2.3 Copper water outlet pipe
  2.2.3 Cover

3 Total circuit

  3.1 Circuit closing pipes4
  3.2 Pump

Étape 2 - General operating principle

The system can be split into two sub-systems: the solar concentrator 1 and the watermaker 2.

In the solar concentrator 1, the sun's rays are reflected by the main reflector 1.2 and the secondary reflector 1.3 towards a copper tube 1.3.2 in which a heat transfer fluid (oil) circulates. This fluid is then heated until it boils. It circulates in a closed circuit thanks to a pump 3.2.

This circuit goes through an evaporation tank 2.1 filled with dirty water, which is heated to boiling point by the heat transfer fluid. This water vapour then goes through two successive distillation stages 2.1.2 in the evaporation tank 2.1, before reaching the condensation tank 2.2 in which the water vapour is condensed by a coil 2.2.2.1 through which it travels before emerging as clean liquid water.

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 dans la planche de bois résistante : 1mx2m

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

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 le tableau précédent)
• Fixer les plaques 1.2.2 à l’aide de colle sur le support 1.2.1 et vérifier la bonne orientation : les rayons du soleil devront converger vers un tuyau situé à une hauteur de 80cm.

Remarque : Il est possible de remplacer le miroir 1.2.2 par une plaque d’aluminium que l’on peut éventuellement 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 quatre morceaux d'environ 65 cm de longueur
• Couper des plans inclinés au bout des 4 morceaux afin de pouvoir les coller 2 à 2 (voir photo). Après le collage, le sommet devra être à 80cm de hauteur du bâti.
• Couper d'autres plans inclinés de l'autre côté des 4 morceaux afin de pouvoir les fixer sur le bâti 1.1.

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
• Coller les tasseaux C de l'étape précédente deux à deux. Il faut que le plateau B se situe à une hauteur de 80cm du bâti.
• Visser les deux planches B aux tasseaux C (voir photo) via le support des colliers A.

Étape 9 - 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 10 - Concentrateur solaire 1 - Support tuyau 1.3.1 - Etape 5

Etape 5: Vissage

• Il ne reste plus qu’à visser (par le dessous de la structure) les deux morceaux de la structure support du tuyau 1.3.1 au bâti 1.1.

Étape 11 - 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 12 - Concentrateur solaire 1 - Réflecteur secondaire 1.3 - Etape 1

Etape 1: Le découpage du tube en PVC

Le tube 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 13 - 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 rectangles dont la largeur vaut 9cm, il n'y a pas de contrainte de longueur pour les autres côtés.
• Plier en deux dans le sens de la largeur pour avoir deux parties de 4,5cm de largeur
• Coller les canettes dans le tube en PVC (elles auront une forme en W arrondi) grâce à de la colle forte.

• Remarque : il est possible de coller du miroir autocollant dans les canettes pour améliorer la réflexion.

Étape 14 - 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 dessalinisée.

Étape 15 - Dessalinisateur 2 - Cuve évaporation 2.1 - Etape 1

Etape 1 : Fabrication du bâti 2.1.1

• Découper la tôle de métal en 6 rectangles (2 rectangles de 4cm*15cm ; 2 de 1m*15cm ; 1 de 1m*4cm ; 1 de 6cm*1,02m). Voir la photo.
• Replier en angle droit sur 1 cm comme sur les pointillés de la photo puis faire des trous sur la partie repliée afin de pouvoir mettre des vis.

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

Étape 16 - 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.
• Ajouter de la matière par soudure 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 et donc pour la hauteur des 2 ajouts de matière).
• Percer des trous de diamètre 5 cm à une extrémité de chaque plateau (afin que la vapeur circule dans tous les étages) et placer les 2 plateaux dans la cuve 2.1. avec leurs trous situés aux extrémités opposées.

Étape 17 - 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).
• Souder afin de faire l’étanchéité entre les tuyaux et la cuve !

Étape 18 - Dessalinisateur 2 - Cuve de condensation 2.2 - Etape 1

Etape 1 : Découpe de la tôle en 5 faces

• Découpe des 5 faces

   * Face de base: 200x200mm
   * 4 faces de côté: 200x355mm

• Pliage des faces de côté sur le dessus afin de créer des rebords pour pouvoir y visser un couvercle (par le même système qu'à l'étape précédente).
• Soudage de la base et des 4 faces

Étape 19 - Dessalinisateur 2 -Cuve de condensation 2.2 - Etape 2

Etape 2 : 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. Le tuyau 2.2.2.2 y passe.
• Un trou de sortie d'eau saumâtre préchauffée par la condensation de la vapeur, en bas de la cuve 2.2, en direction de la cuve d'évaporation 2.1. Le tuyau 2.2.2.3 y passe.
• Un trou d'arrivée de vapeur depuis la cuve d'évaporation 2.1 (entrée du serpentin de condensation 2.2.2.1), se situant sous le niveau d’eau contenu dans la cuve 2.2.
• Un trou de sortie d'eau potable (sortie du serpentin de condensation 2.2.2.1), 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 2.2.2.1 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 2.2.2.1 sont en haut à gauche et en bas à droite).

Étape 20 - Dessalinisateur 2 - Cuve de condensation 2.2- Etape 3

Etape 3: Serpentin de condensation 2.2.2.1 (là où se condense la vapeur)

• Entourer le tube de cuivre 2.2.2.1 d'un ressort rigide (il permet d'obtenir une forme circulaire)
• 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 immédiatement.
• Il faut ensuite lui donner une forme hélicoïdale en l'enroulant petit à petit autour d'un cylindre.
• Insérer le serpentin 2.2.2.1 dans la cuve 2.2 à travers les 2 trous précédemment fait

Étape 21 - Dessalinisateur 2 - Cuve de condensation 2.2 - Etape 4

Etape 4: Couvercle 2.3 de la cuve 2.2

• Percer au moins 8 trous sur les rebords de la cuve 2.2 pour les vis qui fixeront le couvercle 2.3.
• Découper une tôle carré de 250x250mm qui fera office de couvercle 2.3 et y percer au moins 8 trous correspondants aux précédents afin de pouvoir visser ce couvercle;
• Une chambre à air de vélo peut être insérée entre les rebords de la cuve 2.2 et le couvercle 2.3 pour une meilleure étanchéité.

Étape 22 - Circuit total 3

Les deux parties principales étant construites, il ne reste plus qu’à fermer le circuit où circulera le fluide caloporteur ! Ce fluide caloporteur est une huile végétale qui circulera grâce à la pompe 3.2 intégrée au circuit. Privilégier des tuyaux 3.1 bien isolés thermiquement (isoler soi-même au besoin), flexibles (pour pouvoir déplacer facilement le prototype).

Étape 23 - Pompe 3.2

Pour le choix de la pompe 3.2, 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 ou toute autre machine dont le fonctionnement nécessite une pompe à huile.

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