Theoretical and experimental investigation of potable water production from atmospheric air with an alternative device design with solar tracking system

Abstract

Bu çalışma, Irak'ın Kerkük şehrinin iklim koşullarında atmosferik havadan temiz su üretiminin teorik ve deneysel olarak araştırılması amacıyla yapıldı. Kurutucu malzeme olarak mavi silika jel ve kompozit malzeme kullanıldı ve her biri 56 x 68 x 82.5 cm3 boyutlarında birbirinden izole edilmiş iki özdeş kesitten oluşan tek eğimli aparat kullanıldı. Yoğuşma yüzeyi olarak akrilik levha ve kurutucu sıcaklığını artırmak için dahili reflektör kullanıldı. Ayrıca gün boyu güneşı takip etmek için güneş takip sistemi ve cihazı güneşin hareketi ile döndürmek için DC motor kullanıldı. Prosedür, gece boyunca nem adsorpsiyonunu ve gün boyunca su damlacıkları üretmek için nem desorpsiyonunu ve buhar yoğuşmasını içerir. Rejenerasyon işleminin sonuçları MATLAB programında 4. dereceden Runge-Kutta yöntemi kullanılarak teorik olarak tahmin edilmiş ve maliyet analizi kullanarak su üretim maliyeti hesaplanmıştır. Deneyler beş ay boyunca yapıldı ve her iki kurutucu için ayların sonuçları arasında, silika jel ile kompozit malzeme sonuçları arasında ve silika jel için teorik ve deneysel sonuçlar arasında bir karşılaştırma yapıldı. Sonuçlar, teorik birikmiş üretkenliğin toplanandan önemli ölçüde daha yüksek olduğunu, silika jelin üretkenliğinin kompozit malzemeden daha yüksek olduğunu ve yıllık su üretme maliyetinin 2.54 $/L olduğunu gösterdi. Ayrıca, silika jel ve kompozit malzeme için sırasıyla %19 ve %10'luk bir sistem termal verimliliği ile en yüksek üretkenlik 160 g/m2 ve 83 g/m2 olarak bulunmuştur.

This study was conducted to investigate clean water generation from atmospheric air theoretically and experimentally in the climatic conditions of Kirkuk City, Iraq. Blue Silica gel and a composite material were used as desiccant materials, and a single-slope apparatus composed of two identical sections isolated from each other, having dimensions of 56 x 68 x 82.5 cm3 for each, was employed. An acrylic sheet was used as a condensation surface, and an internal reflector was used to increase the desiccant temperature. Also, a solar tracking system was used to track the sunlight throughout the day, and a DC motor was employed to rotate the device with the sun's movement. The procedure involves humidity adsorption during the night and humidity desorption and vapour condensation to produce water droplets during the day. The results of the regeneration process were predicted theoretically using the fourth-order Rung-Kutta method in the MATLAB program, and the cost of water production was calculated using a cost analysis. The experiments were done for five months, and a comparison was made among the results of the months for both desiccants, between the results of Silica gel and the composite material, and between the theoretical and experimental results of Silica gel. The results showed that the theoretical accumulated productivity was notably higher than the collected one, the productivity of Silica gel was higher than the composite material, and the yearly cost of producing water was 2.54 $/L. Also, the highest productivity was found to be 160 g/m2 and 83 g/m2, with a system thermal efficiency of 19 % and 10 % for Silica gel and composite material, respectively.