Étude Thermique et Conception d’un Réfrigérateur Solaire à Adsorption

Résumé

Dans ce manuscrit, nous nous sommes intéressés à l’étude thermique et la conception d’une machine frigorifique solaire à adsorption pour la production de froid. L’objectif était d’une part de développer un modèle thermodynamique qui s’applique à plusieurs couples, pour la détermination du COPth d’un cycle de l’adsorption et discuter l’influence des paramètres physiques et du paramètre n de Dubinin sur la performance de cycles, et d’autre part proposer un modèle dynamique en vue de la réalisation d’un prototype permettant d’atteindre des températures de conservation de vaccins. Partant des modèles de calcul de la masse adsorbée en fonction de la température et de la pression disponibles dans la littérature, nous avions choisi celui de Dubinin Asthakov pour décrire les isothermes d’adsorption et pour la modélisation du cycle thermodynamique de base. Une étude de l’influence de divers paramètres sur le COPth a été menée parmi lesquels nous pouvons citer les températures de fonctionnement du cycle (température de condensation, d’évaporation, d’adsorption et de régénération) et les propriétés de l’adsorbeur telles que sa masse et la nature du matériau qui le compose. L’étude comparée du cycle thermodynamique de cinq couples à adsorption a démontré l’importance du choix approprié d’un couple selon la température souhaitée à l’évaporateur. Ainsi, les couples gel de silice-eau et zéolite-eau ont montré de meilleures performances pour la réfrigération tandis que les couples charbon actif-méthanol et charbon actif-éthanol sont plus prometteurs pour la fabrication de la glace. Les simulations nous ont permis de classer ces couples par ordre de COPth élevé : gel de silice-eau, zéolite-eau, charbon actif-méthanol, charbon actif-éthanol et charbon actif-ammoniaque. De ces simulations nous avions également observé que le paramètre n de Dubinin Asthakov avait une grande influence sur la modélisation de l’adsorption et pour chaque couple il y a une valeur optimale. Nous avions obtenu pour le couple silicagel-eau n = 1; 78, pour la zéolithe-eau n = 2; 3, pour le charbon actif-méthanol n = 2; 15, pour le charbon actif-éthanol n = 2; 25 et n = 1; 55 pour le charbon actif-ammoniaque. Nous avons développé un code de calcul à l’aide de COMSOL permettant de simuler le fonctionnement du capteur solaire durant un cycle complet. Les COPs expérimentaux du dispositif du CEAS ont été déterminés et leurs valeurs étaient comprises entre 9% et 14%. La différence maximale entre les résultats de la simulation et ceux de l’expérience ménée sur le dispositif du CEAS est 3%. Le dispositif de l’IRSAT, qui a un volume utile de 100 litres, arrive toujours à produire une température journalière moyenne de 12°C après une trentaine d’années d’existence, ce qui prouve que ces dispositifs résistent bien au temps.

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