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2905910

IV.2.3.5. Variation de la chaleur fournie au capteur avec le temps

Ici nous présentons l’évolution de la chaleur utile consommée par le réfrigérateur pour un jour donné, qui vaut la somme des chaleurs sensibles de chauffage des parties métalliques du réacteur, de l’adsorbat, et de l’adsorbant plus la chaleur latente de désorption correspondant à la masse de l’adsorbat désorbée. Le Tableau IV.8 présente les valeurs numériques des résultats trouvés pour certains temps du jour, les figures IV.9 et IV.10 présentent graphiquement ces résultats. Nous constatons que, pour un cycle, après la phase de désorption, le réfrigérateur ne consomme plus d’énergie (figures IV.9 et IV.10). Aussi l’énergie totale consommée par le réfrigérateur dépend directement du niveau de la température maximale atteinte par le réacteur, indirectement du niveau d’ensoleillement.

Tableau IV.8 : Valeurs de Qc [kJ] pour quelques valeurs du temps légal TL et du numéro du jour  j (année 2014)

TL [Heure]

5,8

6,8

7,8

8,8

9,8

10,8

11,8

12,8

13,8

14,8

15,8

Qc moy

0,1

201,1

682,9

1391,9

2394,9

3553,6

4650,7

5479,9

5892,9

5925,3

5925,3

Qc j=17

0,0

136,9

511,2

1056,7

1775,3

2660,6

3544,1

4258,8

4671,6

4741,9

4741,9

Qc j=75

0,1

210,9

718,6

1463,8

2513,0

3723,8

4871,3

5740,7

6178,8

6216,0

6216,0

Qc j=135

0,0

74,9

546,4

1354,8

2576,7

4085,5

5603,5

6838,1

7562,6

7706,5

7706,5

Qc j=198

0,0

102,2

552,7

1278,5

2346,4

3642,3

4928,5

5961,9

6554,6

6657,1

6657,1

 

TL [Heure]

16,8

17,8

19,8

21,8

23,8

0,8

1,8

2,8

3,8

4,8

5,8

Qc moy

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

5925,3

Qc j=17

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

4741,9

Qc j=75

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

6216,0

Qc j=135

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

7706,5

Qc j=198

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

6657,1

         

Figure IV.9 : Variation de la chaleur transmise au réacteur en fonction de TL (valeurs moyennes)

Figure IV.10 : Variation de la chaleur transmise au réacteur en fonction de TL pour

différentes valeurs de j(année 2014)              

IV.2.3.6. Variation de la production frigorifique  avec le temps

Ici nous présentons sur les figures IV.11 et IV.12 l’évolution du froid produit par le réfrigérateur pour un jour donné, nous ne tenons pas compte ici des pertes thermiques au niveau du bahut. Nous pouvons remarquer que, pour un cycle, avant la phase d’adsorption (partie gauche de la figure IV.10), le réfrigérateur ne produit pas de froid. C’est pour cette raison même qu’un système de stockage du froid sous forme latente dans le bahut a été élaboré pour le réfrigérateur. La quantité du froid produit par le réfrigérateur dépend directement de la masse totale désorbée, qui à son tour dépend du niveau de la température maximale atteinte par le réacteur, indirectement du niveau d’ensoleillement. En effet, comme on peut le voir sur la figure IV.11, Qf varie d’un jour à l’autre. 

Le Tableau IV.9 présente les valeurs numériques des résultats trouvés pour certains temps du jour et qui ont permis de générer les graphiques des figures IV.10 et IV.11.

Tableau IV.9 : Valeurs de Qf [kJ] pour quelques valeurs du temps légal TL et du numéro du jour  j (année2014)

TL [Heure]

5,8

7,8

9,8

11,8

12,8

13,8

14,8

15,8

16,8

17,8

18,8

Qf moy

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

765,2

1461,5

Qf j=17

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

259,4

775,9

Qf j=75

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

736,7

1422,0

Qf j=135

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

852,6

1827,3

Qf j=198

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

811,6

1592,7

 

TL [Heure]

19,8

20,8

21,8

22,8

23,8

0,8

1,8

2,8

3,8

4,8

5,8

Qf moy

1927,9

2251,0

2474,3

2631,6

2745,6

2828,1

2885,1

2920,8

2936,2

2936,9

2936,9

Qf j=17

1148,6

1424,5

1630,5

1789,5

1913,6

2007,9

2074,7

2116,0

2132,4

2132,5

2132,5

Qf j=75

1896,2

2239,3

2491,5

2678,2

2818,8

2922,9

2995,4

3039,6

3057,4

3057,7

30577

Qf j=135

2497,8

2967,7

3308,5

3553,6

3729,5

3855,0

3939,9

3990,3

4011,0

4011,5

4011,5

Qf j=198

2130,3

2513,2

2791,5

2993,0

3141,4

3249,3

3323,0

3367,2

3384,6

3384,8

3384,8

         

Figure IV.11 : Variation de la production frigorifique en fonction de TL (valeurs moyennes)

Figure IV.12 : Variation de la production du froid en fonction de TL pour différentes valeurs

de j (année 2014)       

IV.2.3.7. Indication de la variation de la température du condenseur avec le temps

Nous présentons ici sur les figures IV.13 et IV.14, une indication de la variation de la température du condenseur pour un jour donné, rappelons que le coefficient globale de transfert thermique du condenseur utilisé est une valeur approchée, ce paramètre n’a pas été étudié en détail dans le présent travail (cfr chapitre III). Nous remarquons cependant par l’analyse des résultats que, pendant les phases de chauffage, refroidissement et adsorption, la température du condenseur est quasiment égale à la température ambiante. Néanmoins, durant la phase de désorption, la valeur de cette température dépend du débit de la vapeur d’eau désorbée, indirectement du niveau de rayonnement solaire. Nous y remarquons aussi deux pentes très prononcées au début et à la fin de la phase désorption.

Les valeurs numériques de nos résultats sont regroupées synthétiquement dans le  le       tableau IV.10.

Tableau IV.10 : Valeurs de Tc  [K] pour quelques valeurs du temps légal TL et du numéro du jour  j (année 2014)

TL [Heure]

5,8

6,8

7,8

8,8

9,8

10,8

11,8

12,8

13,8

14,8

15,8

16,8

17,8

Tc moy

295,3

296,4

297,7

300,8

302,7

304,0

304,5

304,6

304,6

302,9

302,5

301,7

300,7

Tc j=17

294,7

296,3

298,1

301,1

303,4

305,2

306,3

306,6

306,6

305,4

304,8

303,7

302,3

Tc j=75

294,2

295,9

297,7

301,5

304,0

305,8

306,7

306,8

306,8

305,2

304,6

303,6

302,1

Tc j=135

293,3

295,1

297,1

301,3

304,2

306,5

307,6

307,8

307,8

305,3

304,7

303,5

301,9

Tc j=198

292,4

294,1

296,1

299,8

302,5

304,5

305,6

305,8

305,8

303,8

303,2

302,1

300,6

TL [Heure]

18,8

19,8

20,8

21,8

22,8

238

0,8

1,8

2,8

3,8

4,8

5,3

5,8

Tc moy

299,6

298,3

297,0

295,8

294,7

293,8

293,3

293,0

293,1

293,5

294,3

294,7

295,3

Tc j=17

300,7

298,9

297,1

295,4

293,8

292,6

291,9

291,5

291,6

292,2

293,3

293,9

294,7

Tc j=75

300,4

298,6

296,7

294,9

293,3

292,1

291,3

290,9

291,1

291,7

292,7

293,4

294,2

Tc j=135

300,1

298,1

296,0

294,1

292,3

291,0

290,1

289,7

289,9

290,5

291,7

292,4

293,3

Tc j=198

298,9

296,9

295,0

293,1

291,5

290,2

289,4

289,0

289,2

289,8

290,9

291,6

292,4

Figure IV.13 : Variation de la température du condenseur en fonction de TL (valeurs

moyennes)

Figure IV.14 : Variation de la température du condenseur en fonction de TL pour différentes valeurs de j (année 2014)

            

IV.2.3.8. Synthèse des résultats

Nous présentons ici dans le tableau IV.12 la synthèse des résultats de nos simulations. Nous pouvons remarquer que notre réfrigérateur fonctionne convenablement pour toutes les périodes de l’année. Le coefficient de performance moyen de la machine est de l’ordre de 0,5 et le coefficient de performance solaire moyen d’ordre de 0,15. Ces valeurs augmentent légèrement avec la température de génération, indirectement avec le niveau du rayonnement solaire. Le réfrigérateur solaire à adsorption a donc des performances élevées pour des valeurs du rayonnement solaire élevées. Tableau IV.11 : Synthèse des résultats

moy j=17       j=75       j=135     j=198

G total [kWh/m2/jour]           5,50        4,44        5,65        6,90        5,88

Tg [°C]   374,40   363,45   377,68   393,07   379,73

Δm *kg/kg d'adsorbant+         0,12        0,09        0,12        0,16        0,14

Qf [kJ]    2936,90                 2132,50                 3057,70                 4011,50                 3384,80

Qc [kJ]   5925,30                 4741,90                 6216,00                 7706,50                 6657,10

COP       0,50        0,45        0,49        0,52        0,51

COPs      0,15        0,13        0,15        0,16        0,16

IV.3. DEVIS ESTIMATIF

Ce paragraphe nous permettra d’estimer approximativement le budget que demanderai l’exécution de ce type de projet. Pour ce faire, la figure IV.17 présente l’algorithme de dimensionnement du réfrigérateur en fonction des besoins d’utilisateur. Et c’est sur base des données obtenues que nous pouvons évaluer les besoins sur mesure en matériaux et matériels nécessaires à la construction du réfrigérateur afin d’établir le devis.

Figure IV.17 : Organigramme de pré-dimensionnement du réfrigérateur 

Le tableau IV.14 présente les données permettant d’estimer le devis du présent projet pour les paramètres suivants :

  • Lieu d’utilisation du réfrigérateur : Bujumbura,
  • Surface du capteur : 1 m2,
  • Masse du gel de silice : 10 kg,
  • Autonomie du réfrigérateur : 3 jours,
  • Matériaux de l’absorbeur : Acier,
  • Matériau de l’ossature du capteur : Acier,
  • Matériaux de l’ossature du bahut : Acier,
  • Matériau isolat capteur : Polyuréthane,
  • Matériaux isolant bahut : Polyuréthane,
  • Type de condenseur : Classique à air (tel que conçu dans le chapitre III).

            

Ce chapitre nous a permis d’apprécier le fonctionnement général du réfrigérateur solaire que nous avions étudié, conçu et optimisé. Les résultats obtenus dans nos simulations numériques ont montrés que le réfrigérateur fonctionne normalement pour toute les périodes de l’année, il a cependant des performances élevées pour des ensoleillements élevés. Il est aussi recommandé d’orienter le capteur de manière à maximiser le rayonnement solaire d’avant 15Heure qui est le plus utile pour la machine.

L’aspect financier qu’a abordé ce chapitre a révélé que la construction de ce réfrigérateur demanderait un budget d’environ 1007,37 USD pour le cas de son utilisation à Bujumbura  avec une autonomie de trois jours et pour une production frigorifique journalière moyenne de 2936,9 kJ, soit l’équivalent énergétique permettant d’abaisser d’environ de 20°C la température d’une masse d’eau de 35 kg. 

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