Yeni güneş enerjili desalinasyon sistemlerinin tasarımı, modellemesi, termodinamik ve ekonomik analizleri
Design, modelling, thermodynamic and economic analyses of new solar desalination systems
- Tez No: 855916
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN GÜNERHAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BİLİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: deniz suyu desalinasyonu, nemlendirici güneş kolektörü, ısı kolektörü elemanı, psikrometrik çizelge, enerji verimi, ekserji verimi, seawater desalination, humidifying solar collector, heat collector element, psychrometric chart, energy efficiency, exergy efficiency
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Tatlı su üretkenliğini artırmak ve doğrudan güneş enerjili desalinasyon sistemleri ile üretilen tatlı su maliyetlerini azaltmak amacıyla, bu tezde üç yeni doğrudan güneş enerjili desalinasyon sistemi tanıtılmaktadır. Bunlar arasında düz plakalı nemlendirici güneş kolektörü tabanlı güneş enerjili damıtma sistemi (FPHSC-SS), parabolik oluklu nemlendirici güneş kolektörü tabanlı güneş enerjili damıtma sistemi (PHSC-SS) ve su damlacıkları kaynama tabanlı güneş enerjili damıtma sistemi (WDB-SS) bulunmaktadır. Literatürde belgelenmiş önceki doğrudan güneş enerjili desalinasyon sistemlerinde, sistemin herhangi bir anında buharlaştırılacak mevcut olan su miktarının sürekli olarak buharlaşma hızını aşmaktadır. Bu durum, güneş emici yüzeyinden enerji çıkarmayı olumsuz etkilemektedir. Bu tezde tasarlanan ve incelenen sistemlerde bu dezavantaj ele alınmıştır. Gerçekten de bu sistemlerde, birim zamanda sadece buharlaşabilecek su miktarı buharlaşma odası olarak hizmet veren güneş kolektörüne girmektedir. Sistemler tasarlanıp, modellenip ve termodinamik analizlere tabi tutulmuştur. 900 W/m2'lik bir gelen güneş ışınımı ve 2 m2'lik bir güneş kolektörü alanı için elde edilen optimum tatlı su üretkenlikleri FPHSC-SS, PHSC-SS ve WDB-SS için sırasıyla 2,923 kg/saat, 1,697 kg/saat ve 1,796 kg/saat'tır. Sistemlerin kullanım ömrü boyunca ortaya çıkan tatlı su maliyetleri ise sırasıyla 0,0127 $/L, 0,0103 $/L ve 0,0096 $/L'dir. Optimum enerji verimleri ile ilgili olarak, elde edilen değerler FPHSC-SS, PHSC-SS ve WDB-SS için sırasıyla %72,9, %68,12 ve %69,5'tir. Bu değerlere karşılık sırasıyla %1,12, %14,87 ve %5,6 ekserji verimi değerleri olarak gelmektedir. Su damlacıklarının kaynama yoluyla buharlaşması, havanın bağıl nemindeki değişimler yoluyla buharlaşmaya göre daha basit ve kontrol edilebilirdir. Bu, WDB-SS'nin tasarımı ve termodinamik analizini basitleştirerek FPHSC-SS ve PHSC-SS'ye kıyasla mantıklı bir seçim haline getirmektedir. Son olarak, bu tezde incelenen su damlacıklarını buharlaştırma teknikleri, iklimlendirme sistemlerinde buhar üretimini geliştirme potansiyeline sahiptir.
Özet (Çeviri)
With the aim of enhancing freshwater productivity and mitigating costs of freshwater produced by direct solar desalination systems, this thesis introduces three novel direct solar desalination systems. These include the flat plate humidifying solar collector-based solar still (FPHSC-SS), the parabolic trough humidifying solar collector-based solar still (PHSC-SS), and the water droplets boiling-based solar still (WDB-SS). In previously studied direct solar desalination systems documented in the literature, the quantity of water to be evaporated and present at any given moment within the system consistently exceeds the rate of evaporation. This negatively impacts the extraction of energy from the solar absorber. The systems designed and investigated in this thesis address this issue. Indeed, in these systems, only the quantity of water capable of evaporating per unit of time is introduced into the solar collector, which simultaneously serves as the evaporation chamber. The systems were designed, modeled, and subjected to thermodynamic analyses. For an incident solar irradiance of 900 W/m2 and a solar collector area of 2 m2, the optimal freshwater productivities obtained are 2.923 kg/h, 1.697 kg/h, and 1.796 kg/h for FPHSC-SS, PHSC-SS, and WDB-SS, respectively. As for the freshwater costs incurred over the systems' lifetime, they amount to 0.0127 $/L, 0.0103 $/L, and 0.0096 $/L, respectively. Regarding optimal energy efficiencies, the obtained values are 72.9%, 68.12%, and 69.5% for FPHSC-SS, PHSC-SS, and WDB-SS, respectively. To these values correspond exergy efficiency values of 1.12%, 14.87%, and 5.6%, respectively. The evaporation of water droplets through boiling is more straightforward and controllable than evaporation through variations in the air relative humidity. This simplifies the design and thermodynamic analysis of WDB-SS, making it a judicious choice compared to FPHSC-SS and PHSC-SS. Ultimately, the water droplet evaporation techniques studied in this thesis hold the potential to enhance steam production in air conditioning systems.
Benzer Tezler
- Development and thermodynamic analyses of integrated renewable energy based fresh water production systems via reverse osmosis desalination
Ters osmoz su arıtma sistemleri ile bütünleşik yenilenebilir kaynaklı tatlı su üretim sistemlerinin geliştirilmesi ve termodinamik analizi
HAMODA A.H. GNAIFAID
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN ÖZCAN
- Güneş enerjili damıtıcılarda yeni bir ısı geri kazanım sisteminin performans analizi
Performance analysis of a new heat recovery system in solar-powered water distilleries
YASİN ÖZCAN
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRAH DENİZ
- PV CSP hybridization to produce irrigation water using desalination and wastewater treatment
Desalinasyon ve atıksu arıtımı ile sulama suyu üretmek için PV CSP hibridizasyonu
EYLÜL GEDİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DEREK KEITH BAKER
- Güneş enerjisi yardımı ile tatlı su üretim sistemlerinin irdelenmesi
Research for the methods of desalination of sea water with solar energy
UFUK BAYAM
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RECEP ÖZTÜRK
- Thermo-environmental analysis of a novel solar and biomass-based multi-generation system equipped with nanofluid-based compound parabolic collectors
Nanoakışkanlı bileşik parabolik kollektör içeren güneş ve biyokütle destekli multi jenerasyon sistemin termodinamik ve çevresel analizi
ALLA ALİ IBRAHIM
Doktora
İngilizce
2021
EnerjiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET KAYFECİ