Визначення підвищення ефективності двопохилого сонячного дистилятора за рахунок додавання водяного охолодження до стінок

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.302728

Ключові слова:

сонячний дистилятор, водяне охолодження, продуктивність, енергоефективність, ексергоефективність

Анотація

Об’єктом дослідження є двопохилий сонячний дистилятор з додаванням водяного охолодження на стінці (DSSS.WCW). Проблема сонячних дистиляторів полягає в тому, що температура покривного скла є досить високою, що, відповідно, зменшує швидкість випаровування. Методи зниження температури покривного скла включають водяне охолодження, подачу води та її розпилення на покривне скло. Обидва ці методи знижують температуру покривного скла, але вони все одно вимагають додаткової енергії та можуть зменшити енергію сонячного випромінювання, що надходить на поглинаючу пластину. У цьому дослідженні пропонується використовувати метод водяного охолодження на стінці, який не вимагає додаткової енергії і дозволяє запобігти зменшенню енергії сонячного випромінювання, що надходить на поглинаючу пластину. Для вивчення ефекту від використання DSSS.WCW були проведені експериментальні та теоретичні дослідження. Результати показали зниження температури покривного скла на 13,48 %, що призвело до збільшення різниці температур між ребрами та покривним склом на 9,82 °C. Збільшення різниці температур призвело до теоретичного збільшення продуктивності по прісній воді на 13,82 % (2,80 кг/год.) та експериментального збільшення на 13,10 % (2,58 кг/год.) для DSSS.WCW. Крім того, спостерігається теоретичне підвищення енергоефективності на 22,29 % та експериментальне підвищення на 22,82 %, а також підвищення ексергоефективності на 15,71 %. Показано, що застосування водяного охолодження на стінці підвищує ефективність двопохилого сонячного дистилятора. Крім того, метод водяного охолодження на стінці не зменшує енергію сонячного випромінювання, яка може бути отримана поглинаючою пластиною, і не потребує додаткової енергії. Результати дослідження можуть бути застосовані на віддалених островах Індонезії, особливо в посушливий сезон

Біографії авторів

Nova Risdiyanto Ismail, Universitas Widyagama

Doctor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Purbo Suwandono, Universitas Widyagama Malang

Master of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Dadang Hermawan, Universitas Widyagama Malang

Master of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Frida Dwi Anggraeni, Universitas Widyagama Malang

Master of Agricultural Product Technology

Department of Agricultural Product Technology

Посилання

  1. Schwerdtner Máñez, K., Husain, S., Ferse, S. C. A., Máñez Costa, M. (2012). Water scarcity in the Spermonde Archipelago, Sulawesi, Indonesia: Past, present and future. Environmental Science & Policy, 23, 74–84. https://doi.org/10.1016/j.envsci.2012.07.004
  2. Boretti, A., Rosa, L. (2019). Reassessing the projections of the World Water Development Report. Npj Clean Water, 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41545-019-0039-9
  3. Al-Mezeini, S. S. S., Siddiqui, M. A., Shariq, M., Althagafi, T. M., Ahmed, I. A., Asif, M. et al. (2023). Design and Experimental Studies on a Single Slope Solar Still for Water Desalination. Water, 15 (4), 704. https://doi.org/10.3390/w15040704
  4. M.S., S., Elmakki, T., Schipper, K., Ihm, S., Yoo, Y., Park, B. et al. (2024). Integrated seawater hub: A nexus of sustainable water, energy, and resource generation. Desalination, 571, 117065. https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.117065
  5. Bhargva, M., Yadav, A. (2021). Factors affecting the performance of a solar still and productivity enhancement methods: A review. Environmental Science and Pollution Research, 28 (39), 54383–54402. https://doi.org/10.1007/s11356-021-15983-z
  6. Mevada, D., Panchal, H., Ahmadein, M., Zayed, M. E., Alsaleh, N. A., Djuansjah, J. et al. (2022). Investigation and performance analysis of solar still with energy storage materials: An energy- exergy efficiency analysis. Case Studies in Thermal Engineering, 29, 101687. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101687
  7. Vengadesan, E., Senthil, R. (2020). A review on recent development of thermal performance enhancement methods of flat plate solar water heater. Solar Energy, 206, 935–961. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.06.059
  8. Abdullah, A. S., Panchal, H., Alawee, W. H., Omara, Z. M. (2023). Methods used to improve solar still performance with generated turbulence for water desalination- detailed review. Results in Engineering, 19, 101251. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101251
  9. Morad, M. M., El-Maghawry, H. A. M., Wasfy, K. I. (2015). Improving the double slope solar still performance by using flat-plate solar collector and cooling glass cover. Desalination, 373, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.desal.2015.06.017
  10. Sharshir, S. W., El-Samadony, M. O. A., Peng, G., Yang, N., Essa, F. A., Hamed, M. H., Kabeel, A. E. (2016). Performance enhancement of wick solar still using rejected water from humidification-dehumidification unit and film cooling. Applied Thermal Engineering, 108, 1268–1278. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.07.179
  11. Ketabchi, F., Gorjian, S., Sabzehparvar, S., Shadram, Z., Ghoreishi, M. S., Rahimzadeh, H. (2019). Experimental performance evaluation of a modified solar still integrated with a cooling system and external flat-plate reflectors. Solar Energy, 187, 137–146. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.05.032
  12. Sharshir, S. W., Peng, G., Wu, L., Essa, F. A., Kabeel, A. E., Yang, N. (2017). The effects of flake graphite nanoparticles, phase change material, and film cooling on the solar still performance. Applied Energy, 191, 358–366. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.01.067
  13. Ambarita, H., William, Nababan, J. P. (2020). Effect of cooling water on the glass cover of the double slope solar still. Journal of Physics: Conference Series, 1542 (1), 012058. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1542/1/012058
  14. Khan, M. Z., Nawaz, I., Tiwari, G. N., Meraj, M. (2021). Effect of top cover cooling on the performance of hemispherical solar still. Materials Today: Proceedings, 38, 384–390. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.513
  15. Elmaadawy, K., Kandeal, A. W., Khalil, A., Elkadeem, M. R., Liu, B., Sharshir, S. W. (2021). Performance improvement of double slope solar still via combinations of low cost materials integrated with glass cooling. Desalination, 500, 114856. https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114856
  16. Hameed, H. G. (2022). Experimentally evaluating the performance of single slope solar still with glass cover cooling and square cross-section hollow fins. Case Studies in Thermal Engineering, 40, 102547. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102547
  17. Suraparaju, S. K., Natarajan, S. K. (2022). Effect of natural sisal fibre on enhancing the condensation rate of solar still for sustainable clean water production. Thermal Science and Engineering Progress, 36, 101527. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2022.101527
  18. Kandeal, A. W., El-Shafai, N. M., Hammad, F. A., Elsharkawy, M., El-Mehasseb, I., Amro, M. I. et al. (2023). Performance enhancement of modified solar distillers using synthetic nanocomposites, reflectors, cover cooling, and ultrasonic foggers: Experimental approach. Solar Energy, 254, 123–136. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.03.008
  19. Agrawal, A., Rana, R. S., Srivastava, P. K. (2017). Heat transfer coefficients and productivity of a single slope single basin solar still in Indian climatic condition: Experimental and theoretical comparison. Resource-Efficient Technologies, 3 (4), 466–482. https://doi.org/10.1016/j.reffit.2017.05.003
  20. Agrawal, A., Rana, R. S. (2019). Theoretical and experimental performance evaluation of single-slope single-basin solar still with multiple V-shaped floating wicks. Heliyon, 5 (4), e01525. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01525
  21. Ismail, N., Soeparman, S., Widhiyanuriyawan, D., Wijayanti, W. (2019). The influence of pores size and type of aggregate on capillary heat and mass transfer in porous. Journal of Applied Engineering Science, 17 (1), 8–17. https://doi.org/10.5937/jaes17-18090
  22. Kundu, B., Yook, S.-J. (2021). An accurate approach for thermal analysis of porous longitudinal, spine and radial fins with all nonlinearity effects – analytical and unified assessment. Applied Mathematics and Computation, 402, 126124. https://doi.org/10.1016/j.amc.2021.126124
  23. Gaur, M. K., Tiwari, G. N. (2010). Optimization of number of collectors for integrated PV/T hybrid active solar still. Applied Energy, 87 (5), 1763–1772. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2009.10.019
  24. Fath, H. E. S., Hosny, H. M. (2002). Thermal performance of a single-sloped basin still with an inherent built-in additional condenser. Desalination, 142 (1), 19–27. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(01)00422-2
  25. Kabeel, A. E., Abdelgaied, M., Eisa, A. (2018). Enhancing the performance of single basin solar still using high thermal conductivity sensible storage materials. Journal of Cleaner Production, 183, 20–25. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.02.144
  26. Hassan, H., Yousef, M. S., Ahmed, M. S., Fathy, M. (2020). Energy, exergy, environmental, and economic analysis of natural and forced cooling of solar still with porous media. Environmental Science and Pollution Research, 27 (30), 38221–38240. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09995-4
  27. Abd Elbar, A. R., Hassan, H. (2020). Energy, exergy and environmental assessment of solar still with solar panel enhanced by porous material and saline water preheating. Journal of Cleaner Production, 277, 124175. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124175
  28. Alderete, N. M., Villagrán Zaccardi, Y. A., De Belie, N. (2020). Mechanism of long-term capillary water uptake in cementitious materials. Cement and Concrete Composites, 106, 103448. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.103448
  29. Omara, Z. M., Abdullah, A. S., Kabeel, A. E., Essa, F. A. (2017). The cooling techniques of the solar stills’ glass covers – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, 176–193. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.085
  30. Essa, F. A., Abdullah, A., Majdi, H. Sh., Basem, A., Dhahad, H. A., Omara, Z. M. et al. (2022). Parameters Affecting the Efficiency of Solar Stills—Recent Review. Sustainability, 14 (17), 10668. https://doi.org/10.3390/su141710668
  31. Al-wahid, W. A. A., Saad, H. A. K., Hasan, Z. H., Sopian, K. (2022). Experimental study of the performance of hemispherical solar still with optimum value of rocks as heat transfer enhancers. AIMS Energy, 10 (4), 885–899. https://doi.org/10.3934/energy.2022040
  32. Shoeibi, S., Rahbar, N., Abedini Esfahlani, A., Kargarsharifabad, H. (2021). A review of techniques for simultaneous enhancement of evaporation and condensation rates in solar stills. Solar Energy, 225, 666–693. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.028
  33. Seralathan, S., Chenna Reddy, G., Sathish, S., Muthuram, A., Dhanraj, J. A., Lakshmaiya, N. et al. (2023). RETRACTED: Performance and exergy analysis of an inclined solar still with baffle arrangements. Heliyon, 9 (4), e14807. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14807
  34. Abu-Arabi, M., Al-harahsheh, M., Ahmad, M., Mousa, H. (2020). Theoretical modeling of a glass-cooled solar still incorporating PCM and coupled to flat plate solar collector. Journal of Energy Storage, 29, 101372. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101372
  35. Yadav, V. K., Sarkar, J., Ghosh, P. (2023). Thermodynamic, economic and environmental analyses of novel concentrated solar-PV-thermal integrated combined power, cooling and desalination system. Desalination, 563, 116721. https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116721
  36. Suraparaju, S. K., Natarajan, S. K., Mamilla, V. R., Pappala, S. M. T., Kurada, A., Lakamsani, M. S. V. P. (2023). Energy, exergy, economic and environmental (4E) analyses of solar still with paraffin wax as phase change energy storage material. Materials Today: Proceedings, 90, 1–5. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.345
Визначення підвищення ефективності двопохилого сонячного дистилятора за рахунок додавання водяного охолодження до стінок

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-28

Як цитувати

Ismail, N. R., Suwandono, P., Hermawan, D., & Anggraeni, F. D. (2024). Визначення підвищення ефективності двопохилого сонячного дистилятора за рахунок додавання водяного охолодження до стінок. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (129), 33–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.302728

Номер

Том 3 № 8 (129) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Nova Risdiyanto Ismail, Purbo Suwandono, Dadang Hermawan, Frida Dwi Anggraeni

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.