Вибір страви для кипіння води
Написав М. ТІБО 13 березня 2016 року. Опубліковано в Як дистилювати сонячну енергію ?
Притча, а не сонячна піч, закріпилася, коли ми побачили, як швидко майстер, якого ми зустріли, довів воду до кипіння. Наші попередники намагалися пристосувати сонячну піч до дистиляції, але дійшли висновку, що потужність, яка подається до води, недостатня для швидкого кипіння. Крім того, час і вартість виготовлення цього пристрою не є незначними. Тому ми вирішили звернутися до сонячної тарілки, переробивши таким чином супутникові антени.
в) Середня потужність, яку забезпечує газовий пальник
Ми оцінили потужність, яка подається до води газовим пальником, щоб порівняти її з сонячною тарілкою, метою якої було вибрати розмір посуду, що підлягає переробці, їх діаметр варіював від 50 см до більше 2 м.
Досвід: Вимірювання потужності, що забезпечується традиційним пальником
- Введіть в запіканку 6 л води спочатку кімнатної температури
- Нагрівайте пальник на повній потужності
- Виміряйте час до кипіння
Спостереження: Вода закипає за 17 хв.
Отже маємо: звідки
З водою = 4,18 Дж.г -1 .К -1, питома теплоємність води.
Висновок: Ця потужність велика в порівнянні з сонячною константою, тобто сонячним потоком над атмосферою, який становить 1361 Вт.м -2. Сонячний потік на землі обов’язково буде меншим, і тому, навіть з ефективністю 100%, здається, переважає парабола з найбільшим можливим діаметром.
б) Потужність, що забезпечується параболою
Комерційна сонячна тарілка, яку ми маємо в Турах, як і в Марракеші, має діаметр 1,50 м. Якщо для газового пальника подана потужність мало коливається залежно від експериментів, то для посуду це буде залежати від кількості сонячного світла. Тому ми будемо прагнути визначити ефективність пристрою для даного сонячного проміння, припускаючи, що він не залежить від останнього.
- Поставте ту саму скороварку, що містить 6,00 л води, на центральну опору посуду і закрийте її, вимірюючи температуру води
- Орієнтуйте посуд обличчям до сонця горизонтально і відрегулюйте його вертикально так, щоб місце, де сходяться промені, знаходилося під запіканкою
- Виміряйте нахил сонячних променів щодо горизонталі та нагрівача під тиском
- Виміряйте час, поки вода закипить
Заходи з 21.01.2016 о 11:15:
Dt = 52 хв/ци = 20 ° C/qf = 100 ° C
Нахил сонячних променів αрайонів = 33 ° і нахил параболи αpara = 44 °
Висновок:
Отже, потужність, яка подається у воду через супутникову антену в січні, значно нижча, ніж у газового пальника. Це не період, коли марокканці переганяють свої запашні води, він триває з квітня по червень, час цвітіння. Щоб передбачити час нагрівання або потужність, яка подається до води в цей час, ми оцінили продуктивність пристрою в цьому випадку.
Використовуючи веб-сайт, ми змогли відновити максимальний потік сонячного потоку на землі залежно від дня року. 21 січня о 12:00 вечора було 681 Вт/м² при максимальній висоті сонця 38 °.
Зверніть увагу, що сонячні промені не надходять на параболу паралельно її оптичній осі, а нахилені на b = 13 ° (b = 90-апара-арайони).
Таким чином відновлена сонячна поверхня буде зменшена, S ’= Scosb = 0,97S. Ми втрачаємо лише 3%, але це дозволило пристрою отримати стабільність, як ми побачимо пізніше.
Отже, сонячна енергія, зібрана параболою:
А.Н .: =1,17 кВт
Раніше ми бачили, що вода відновлює 0,64 кВт. Отже, ефективність пристрою становить 55%. Куди поділися зниклі 0,53 кВт? ?
Перша гіпотеза: Перша гіпотеза, яку ми висловили, була на дзеркальному папері: вона поглинає частину отриманого світла. Цей коефіцієнт поглинання також, ймовірно, залежить від довжини хвилі використовуваного світла.
- Виміряйте потужність падаючого променя HE-Ne лазера (633 нм)
- Виміряйте потужність, відбиту дзеркальним папером, під різними кутами
Висновок: Коефіцієнт відбиття R дорівнює 0,90 для кута 10 °.
2-а гіпотеза: Запіканка не поглинає все світло, яке вона отримує, навіть у чорному кольорі.
Досвід: За допомогою радіометра ми виміряли його альбедо, тобто відсоток світла, що повертається розсіюванням.
Висновок: 9% (± 1%) світла розсіюється, тому запіканка поглинає лише (91 ± 1)% світла, яке вона отримує, коефіцієнт його поглинання становить a = 0,91.
Отже, ми пояснили, що яким би не був падаючий потік на параболу, потужність, що поглинається скороваркою, становить Pabs = aRPsolaire = 0,82 Psolar. Отже, можна пояснити втрату в 18%, але не 49%.
3-а гіпотеза: Запіканка, яка нагрівається, втратить енергію через випромінювання, а також за рахунок конвекції та провідності, оскільки вона не буде мати ту саму температуру, що і її оточення.
Малюнок нижче узагальнює всі тепловіддачі, що відбуваються:
Знаючи ці різні втрати, ми хотіли встановити модель для оцінки часу, необхідного для досягнення кипіння певного обсягу води з заданою кількістю сонячного світла. Ми не будемо враховувати втрати від провідності, навіть якщо вони, мабуть, не є незначними на опорі скороварки.
- Втрати тепла внаслідок теплового випромінювання
- ε - коефіцієнт випромінювання нержавіючої сталі з чорним покриттям. З гіпотезою чорного тіла, ε=α= 0,91
- σ = 5,6696,10 -8 - постійна Больцмана
- Tcocotte - температура на поверхні металу (в К).
- - площа контакту між скороваркою та повітрям (в м²).
Зверніть увагу, що ці втрати залежать від температури, яка змінюється.
- Втрати тепла внаслідок природної конвекції
- - обмінна поверхня між повітрям і скороваркою (в м²)
- Таїр - температура навколишнього повітря (в К)
- h - коефіцієнт обміну поверхнею повітря. Це залежить від температури, в'язкості, провідності, дифузійності, щільності повітря тощо. У нашому випадку ми взяли максимальне значення h (10 Вт/м². К), яку ми знайшли в Інтернеті, щоб не мінімізувати втрати.
Ще раз зазначені втрати залежать від різної температури скороварки.
Враховуючи лише ці втрати, енергозбереження можна записати:
Отримуємо нелінійне диференціальне рівняння першого порядку. Ми вирішили це методом Ейлера.
Знаючи початкову температуру води, ми можемо поступово, вибравши невеликий крок приросту, повернутися до часу кипіння.