Chapitre V: Optimisation du nombre d’effets pour différentes capacités
V.7 Résultats d’analyse d’exergie
Le tableau 2 présente les résultats obtenues de calcul du taux de destruction d’exergie, l’efficacité exergétique, le potentiel d’amélioration et le pourcentage de destruction d’exergie par rapport à la destruction totale d’exergie pour chaque effet et pour le condenseur final. Il est évident d'après le tableau que le taux de destruction de l'exergie a la plus grande valeur dans le premier effet, suivi du condenseur et du deuxième, troisième ainsi de suite jusqu’au dernier effet.
Les valeurs d'efficacité exergétique totale varient entre 83 et 95% pour les différents effets et il est égale à peu près 59 % pour le condenseur. Le potentiel d'amélioration a la plus grande valeur dans le condenseur, suivit par le dernier et l’avant dernier effets.
Les figures 8 et 9 illustrent, respectivement, les variations du taux de destruction d’exergie, du potentiel d'amélioration et de l’efficacité exergétique en fonction de la variation de la température du premier effet pour le premier effet et en fonction de la température du dernier effet pour le condenseur dans le cas de l’unité optimisé avec capacité de production de 5m3/jour.
Comme le montrent ces figures, au niveau du premier effet, lorsque sa température augmente de 81 à 90.5°C, la destruction d’exergie diminue de 1.86 à 1.26 kW, le potentiel d’amélioration diminue de 0.18 à 0.5 kW et l’efficacité exergétique augmente à peu près de 5%.
Pour le condenseur, lorsque la température du dernier effet varie de 35 à 49°C, la destruction d’exergie augmente de 0.39 à 1.79kW, le potentiel d’amélioration croît de 0.09 à 1.02 kW et l’efficacité exergétique diminue de 76.3 à 42.8%.
Les figures 10 et 11 représentent, respectivement, des résultats similaires à ceux des figures 8 et 9 dans le cas de l’unité de dessalement avec une capacité de production de 1000 m3/jour. Dans ce cas, pour premier effet, lorsque sa température augmente de 81 à 90.5°C, le taux de destruction d’exergie décroit de 386.2 à 274.7 kW, le potentiel d’amélioration diminue de 39.77 à 13.49 kW
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Tableau V.2. Résultats de calcul d’exergie pour les différentes capacités de production
Capacité (m3/j) 5 10 100 500 1000 1500 2000
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Effica. Exerg (%) 89.6 89.65 92.66 92.66 91.39 91.39 91.39
IP (kW) 0.055 0.11 0.544 2.72 7.57 11.36 15.15
%of total 7.265 7.05 5.84 5.84 6.34 6.33 6.33
Effet N° :9 Ex. des. (kW) 0.539 1.08 7.54 37.72 89.54 134.31 179.08
Effica. Exerg (%) 87.7 87.74 91.67 91.67 90.05 90.05 90.05
IP (kW) 0.066 0.132 0.628 3.14 8.91 13.36 17.81
%of total 7.395 7.17 5.94 5.94 6.45 6.44 6.44
Effet N° :10 Ex. des. (kW) 0.547 1.09 7.65 38.26 90.83 136.24 181.66
Effica. Exerg (%) 85.2 85.19 90.45 90.45 88.35 88.35 88.35
IP (kW) 0.081 0.162 0.731 3.65 10.58 15.87 21.16
%of total 7.503 7.28 6.02 6.02 6.55 6.53 6.53
Effet N° :11 Ex. des. (kW) 0.562 1.13 7.86 39.32 93.37 140.05 186.74
Effica. Exerg (%) 81.3 81.26 88.75 88.75 85.88 85.88 85.88
IP (kW) 0.105 0.211 0.885 4.42 13.19 19.78 26.37
%of total 7.715 7.48 6.19 6.19 6.73 6.71 6.72
Effet N° :12 Ex. des. (kW) 8.13 40.64 96.53 144.79 193.05
Effica. Exerg (%) 86.38 86.38 82.23 82.23 82.23
IP (kW) 1.11 5.54 17.15 25.73 34.30
%of total 6.40 6.40 6.96 6.94 6.94
Effet N° :13 Ex. des. (kW) 8.26 41.32
Effica. Exerg (%) 83.29 83.29
IP (kW) 1.381 6.91
%of total 6.51 6.51
Condenseur Exdes(kW) 0.895 1.79 15.14 75.68 164.03 246.05 328.07
Effica. Exerg (%) 59.1 59.09 59.09 59.09 59.09 59.09 59.09
IP (kW) 0.37 0.732 6.192 30.96 67.10 100.65 134.20
%of total 12.27 11.91 11.92 11.92 11.82 11.80 11.80
Total exergy destruction (kW) 7.29 15.03 127.00 635.01 1387.32 2086.01 2780.03
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Figure V.8. Variation du taux de destruction d’exergie (kW), le potentiel d’amélioration (kW) et l’efficacité exergétique en fonction de la température du premier effet –Premier effet ; capacité
de production: 5m3/jour.
Figure V.9. Variation du taux de destruction d’exergie (kW), le potentiel d’amélioration (kW) et l’efficacité exergétique en fonction de la température du premier effet – Condenseur ; capacité
de production: 5m3/jour.
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Figure V.10. Variation du taux de destruction d’exergie (kW), le potentiel d’amélioration (kW) et l’efficacité exergétique en fonction de la température du premier effet – Premier effet ;
capacité de production: 1000 m3/jour.
Figure V.11. Variation du taux de destruction d’exergie (kW), le potentiel d’amélioration (kW) et l’efficacité exergétique en fonction de la température du premier effet – Condenseur ; capacité
de production: 1000 m3/jour.
et l’efficacité exergétique augmente de 89.7 à 95.1 %. Dans le cas du condenseur, lorsque la température du dernier effet change de 35 à 49°C, la destruction d’exergie augmente de 72.32 à 328.1 kW, le potentiel d’amélioration augmente de 17.12 à 187.5 kW et l’efficacité exergétique
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diminue de 76.3 à 42.9%. Ces résultats montrent que pour réduire le taux de destruction d’exergie et augmenter l’efficacité exergétique au niveau du premier effet, il faut augmenter sa température d’évaporation T1, pourtant, cette augmentation favorise la cinétique de la formation de l’entartrage et aussi réduit la différence de température entre le fluide caloporteur et l’eau de mer bouillante (∆T1), ceci conduit à la réduction du taux de transfert thermique au niveau du premier effet et par conséquence, cette diminution cause une réduction de la quantité d’eau douce produite. Au niveau du condenseur, les résultats discutés dans cette section, montrent que la réduction de la destruction d’exergie peut se faire à travers la réduction de la température du dernier effet, pourtant, la diminution de la température du dernier effet nécessite un vide plus élevé mais aussi elle cause une dégradation au niveau des performances thermiques du condenseur et la diminution du taux d’énergie récupérée au niveau du condenseur, en effet, lorsque la température du dernier effet diminue, l’écart de température entre la vapeur qui se condense et l’eau de mer utilisé comme fluide de refroidissement diminue, ce qui conduit à la diminution du taux de transfert thermique, augmentation du débit de l’eau de mer utilisé pour le refroidissement et diminution de la température de l’eau de mer sortant du condenseur, ce qui limite les possibilités de récupération de chaleur. Cependant, l'utilisation de la compression de la vapeur du dernier effet peut offrir un potentiel considérable d'économie d'énergie et peut aussi présenter un moyen d’amélioration d’efficacité exergétique.
V.8 Conclusion :
Dans ce chapitre, deux paramètres qui influencent directement les performances thermo-économiques de l’unité de dessalement ont été considéré dans l’étude d’optimisation, ces deux paramètres sont : le nombre d’effets et la capacité de production. L’étude est basée sur l’application des lois de la conservation de masse et d’énergie, des équations de transfert thermique et l’application de la méthode d’optimisation de l’algorithme génétique pour trouver les paramètres de désigne et de fonctionnement optimales. L’objectif principal du travail d’optimisation est de minimiser le coût de production unitaire.
Les résultats obtenus ont démontré que le coût unitaire peut être réduit de 80% par rapport au désigne initial utilisant 4 effets et une capacité de production de 5m3/jour à travers l’optimisation du nombre d’effets et l’augmentation de la capacité de production d’eau douce (on rappelle que
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le coût unitaire est égale à 4.37 Euro/m3 dans le cas de 4 effets et une capacité de production égale à 5m3/jour).
L’analyse d’efficacité exergétique a démontré que la destruction d’exergie peut être minimisée à travers l’augmentation de la température du premier effet ou/et la minimisation de la température du dernier, cependant, cela peut causer des dégradations au niveau des performances thermiques de l’unité de dessalement.
Pour améliorer davantage les performances thermo-économiques de l’unité de dessalement par évaporation à effet multiple, une étude globale du système solaire le plus adéquat s’avère nécessaire, d’une part, et d’autre part, l’intégration de la compression mécanique de la vapeur du dernier effet semble être une solution plus économique que le dessalement à effet multiple seul.
De ce fait, les chapitres suivants font, respectivement, l’objet d’une étude comparative des différents systèmes d’énergie solaire et l’étude de la combinaison de dessalement à effets multiple et la compression mécanique de vapeur.
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102 Référence:
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