Zeer réfrigération pot (design) - Appropedia Le wiki de développement durable

Le pot Zeer est un dispositif de réfrigération inventé en Afrique, qui fonctionne selon le principe de refroidissement par évaporation. Selon la science en Afrique. chaque appareil peut stocker 12 kg de légumes, de les garder frais jusqu'à 20 jours tout en coûtant moins de 2USD pour produire [1]. Cet article présentera comment construire un pot-en-pot réfrigérateur, discuter de divers aspects de la technologie et de présenter les résultats d'une analyse paramétrique.

Figure 1: Flux conceptuel de l'énergie et de l'eau dans Zeer Réfrigérateur

Dans les climats secs difficiles, la conservation des aliments joue un rôle essentiel pour maximiser le rendement à la fois économique et nutritionnel de l'occasion rare d'une bonne récolte. La chaleur sèche réduit de manière significative la durée de vie des produits et par conséquent il y a un niveau élevé de culture gaspillée [2].

La comparaison de la durée de vie suivante a été adaptée à partir d'une étude de cas réalisée par l'Organisation Practical Action et peut être directement accessible ici.

Tableau 1: conservation du produit commun avec réfrigérateur pot Zeer [3]

Durée de vie sans Zeer

Durée de vie avec Zeer

Principe de fonctionnement Modifier

Lorsque l'évaporation se produit à partir d'une surface, il y a une énergie associée à la variation de phase connue sous la chaleur latente de vaporisation. Dans un système donné, comme une espèce de gaz circule sur la surface humide, l'évaporation et la condensation se produisent en continu pour maintenir des conditions de régime permanent.

Afin de maintenir l'évaporation, il doit y avoir une aspiration de l'énergie interne du liquide, ce qui se traduirait par une réduction de la température. Cet effet de refroidissement est connu comme le refroidissement par évaporation et est le plus efficace dans les climats secs en raison du manque de teneur en humidité (humidité relative) dans l'air. [4]

Dans le cas du réfrigérateur Zeer, l'eau évaporée dans le sable à travers la surface du pot de terre externe et de la surface supérieure entière du sable humide exposée au rayonnement solaire. extraire de l'énergie à partir du système. La figure 1 est une représentation graphique de l'eau et le flux d'énergie au sein d'un réfrigérateur Zeer.

Des informations supplémentaires sur les technologies de refroidissement par évaporation est accessible ici.

Comment faire un réfrigérateur Pot en Pot Modifier

Assemblée et fonctionnement

• doit être placé dans le sable au fond de la marmite à former une couche d'environ 5 cm de profondeur
• Placez le pot plus petit au-dessus du sable et le centrer dans le grand pot (les pots doivent maintenant être de niveau)
• Remplir l'espace restant entre les pots avec du sable
• Si possible, placez l'appareil assemblé sur un support pour maximiser le flux d'air
• Le petit pot doit être recouvert d'un couvercle (argile ou de tissu) pour empêcher l'air chaud de pénétrer dans la chambre de stockage
• Le réfrigérateur pot-en-pot fonctionne passivement aussi longtemps que le sable reste humide
• Vérifiez le sable deux fois par jour et ajouter de l'eau au besoin

Le succès du pot en pot réfrigérateur dépend fortement des conditions environnantes. En raison de la dépendance à l'égard d'évaporation naturelle du dispositif de refroidissement il ne peut être considérée comme une technologie appropriée pour les régions qui démontrent une humidité relative suffisamment faible et un niveau suffisant de flux d'air. Afin de maximiser l'efficacité du pot en pot dispositif de réfrigération, il faut augmenter la vitesse d'évaporation. Pour étudier correctement la technologie, il est important de quantifier les effets de:

• Humidité relative
• Perméabilité
• Caractéristiques du débit
  • La vitesse d'écoulement
  • Laminaires vs Flux Turbulent
  • Considérations sur la couche limite
• Surface disponible pour l'évaporation

Humidité relative Modifier

L'humidité relative est une mesure de la teneur en eau que ce qui peut avoir lieu dans l'air à une température donnée. Un environnement avec une humidité relative faible par rapport à une avec une humidité relative élevée s'évapore l'humidité plus facilement et dans une plus grande mesure. Pour cette raison, le dispositif de réfrigération pot-in-pot est efficace dans des environnements à faible humidité relative (figure 8). régions centrales du nord du Mexique (comme Chihuahua) et en Afrique (comme le Soudan) sont les endroits les plus appropriés pour l'utilisation de cette technologie.

Figure 8: Effet de refroidissement par rapport à la vitesse du vent pour faire varier les niveaux d'humidité relative (Rayon = Dispositif de 0,25 m, la perméabilité du facteur de correction = 0,3, température ambiante = 35 degrés Celsius, à flux turbulent)

Une humidité relative de 0,3 volonté a été utilisée pour tous les calculs où cette valeur est maintenue constante. A cette humidité relative et une vitesse du vent typique de 2,5 m / s, un effet de refroidissement de 4.46kW est observée dans des conditions d'écoulement turbulent. La relation établie ci-dessus, dans lequel le dispositif devrait supérieurs dans les environnements de faible humidité, est clairement indiquée par ce graphique.

Modifier perméabilité

Bien que l'évaporation se produit sans aucun doute à travers le pot de terre externe, la perméabilité de cette couche joue un rôle important dans la détermination de la vitesse réelle à laquelle l'eau est évaporée. Faïence est le type d'argile qui est utilisé pour construire cet appareil. Ce type d'argile est relativement poreuse et perméable par rapport à d'autres formes d'argile, tels que grès de porcelaine et [7]. En plus de perméation à travers le pot de terre extérieure, l'eau doit parcourir à travers le sable de remplacer continuellement l'humidité qui est passé à travers l'argile et évaporée. L'effet de refroidissement est limitée à la fois par cette vitesse de diffusion et la perméabilité de l'argile.

Avec ces considérations, un facteur de correction de perméabilité de 0,3 est incorporé dans les calculs de performance (comme indiqué dans l'appendice A). De plus, un graphique a été produit (figure 12) ne variant que ce facteur de correction afin de fournir un aperçu général quant à la façon dont ce nombre affecte les résultats présentés.

Figure 12: Effet de refroidissement par rapport à la perméabilité du facteur de correction pour faire varier la vitesse du vent (dispositif Rayon = 0,25 m, la température ambiante = 35 degrés Celsius, humidité relative = 0,3, Turbulent Flow)

Caractéristiques du débit Modifier

Modifier la vitesse d'écoulement

Comme l'eau est évaporée dans l'air environnant, les augmentations locales de l'humidité relative et réduit ainsi la probabilité d'une nouvelle évaporation. le débit d'air est nécessaire de remplacer cet air humide avec de l'air sec. Ceci est fourni par les vents naturels dans la région. Une vitesse d'écoulement élevée se traduira par le corps d'air entourant immédiatement le dispositif à rester en permanence dans un état sec, et ne sera donc induire un taux d'évaporation.

Une vitesse moyenne du vent de 2,5 m / s ou 5,6 mph a été sélectionné sur la base d'un examen des données météorologiques pour les régions d'Afrique du Nord et du Centre.

Laminaires vs Flux Turbulent Modifier

Nombre de Reynolds est que paramètre sans dimension est défini comme étant une mesure du rapport des forces d'inertie aux forces visqueuses et peut être calculée comme suit:

Pour une température de l'air ambiant à 35 ° C et une vitesse de vent de 2,5 m / s, on constate que pour les transitions de flux dans la turbulence, à une distance d'environ 2,6 m.

est là la justification de notre hypothèse turbulente. Si on se fie au vent naturel, il est hautement improbable que le pot-en-pot réfrigérateur sera situé dans 2,6m où le flux d'air interagit d'abord avec la surface du sol. Pour être complet, un graphique a été réalisé pour mettre en évidence la façon dont le rendement varie entre laminaire et l'écoulement turbulent (Figure 9).

Figure 9: Effet de refroidissement par rapport à la vitesse du vent pour laminaire et écoulement turbulent (Device Rayon = 0,25m, Perméabilité Facteur de correction = 0,3, température ambiante = 35 ° C, humidité relative = 0,3)

Considérations sur la couche limite Modifier

En continuant avec l'analyse de la plaque plane, l'existence d'une couche limite doit être reconnue. Au sein de cette couche limite un gradient de vitesse existe dans laquelle il y a une augmentation de la vitesse que nous nous éloignons du sol. La vitesse du vent réel (vitesse d'écoulement libre) existe seulement au-delà de cette couche limite [9]. En raison de ce gradient de vitesse, la hauteur de la couche limite devient un facteur important qui affecte les performances du pot-in-pot réfrigérateur. Cette hauteur peut être calculée comme suit:

La figure 8 donne une représentation graphique de la façon dont cette valeur augmente dans la direction d'écoulement. Il devient clair que, en augmentant la hauteur du pot en pot réfrigérateur, le dispositif peut être exposé à une plus grande vitesse du vent. La vitesse du vent a un impact significatif sur les performances de l'appareil. Observation des différents graphiques présentés dans cet article indique que leur est une augmentation de l'effet de refroidissement que la vitesse du vent augmente.

Figure 10: Développement de la couche limite et le profil de vitesse de flux sur une plaque Flate (Free Vitesse du courant de 2,5 m / s et température de l'air de 35 degrés Celsius). L'image est pas à l'échelle.

L'existence d'un gradient de vitesse dans la couche limite, et les gains de performances attendues en raison des vitesses plus élevées indiquent que le dispositif doit être placé aussi haut que possible et sans obstruction de l'écoulement de l'air. Ceci peut être accompli en utilisant une structure de châssis pour le dispositif de s'asseoir sur off. Si possible, le cadre lui-même doit être placé sur un terrain élevé ou sur des structures solides existantes.

Surface disponible pour l'évaporation Modifier

Figure 11: Dimensions pour réfrigérateur Pot en Pot recommandé par l'Organisation Practical Action

La surface disponible pour l'évaporation de se produire sur / à travers peut être approximée pour le pot-in-pot Système:

Secteur total = surface de la portion de sphérique extérieur Pot

+ Surface de cylindrique de la portion extérieure Pot

+ Surface de sable exposée entre Pots

Par exemple, si nous utilisons les dimensions recommandées données par l'Organisation Practical Action (figure 11), la zone se trouve être:

Cette valeur a été utilisée pour tous les calculs dans lesquels la zone est maintenue constante.

La figure 12 met en évidence comment la performance du dispositif varie avec la région. Une vue d'ensemble de la section détaillant Comment faire un réfrigérateur Pot en Pot. montrera que le rayon est la dimension la plus simple de faire varier dans le processus. En tant que tel, le rayon du pot extérieur a été sélectionné pour faire varier la surface disponible pour l'évaporation.

Figure 12: Effet de refroidissement par rapport à la vitesse du vent pour faire varier Dispositif rayons (Perméabilité correction du facteur = 0,3, humidité relative = 0,3, température ambiante = 35 degrés Celsius, à flux turbulent)

Comme prévu, il y a une augmentation notable de l'effet de refroidissement que la surface est augmentée. Pour la vitesse du vent choisie de 2,5 m / s, il y a un effet de refroidissement de 4.46kW, 6.58kW et 8.85kW pour des rayons de 0,25 m, 0,35 m et 0,45 m, respectivement.

Interprétation des valeurs déclarées Modifier

Les valeurs de l'effet de refroidissement ont été rapportés en kilo-Watts (kW) et non pas sous la forme d'énergie. L'énergie réelle retiré du système dépend de l'existence de ces conditions et combien de temps ils sont présents pour.

En outre, l'énergie provenant de ce numéro est une indication de l'énergie totale qui peut être retiré de l'ensemble pot-in-pot dispositif. Cela inclut les pots d'argile, le volume de sable, la teneur en eau dans le sable, l'air à l'intérieur de la chambre de stockage et le contenu de la chambre de stockage. La valeur ne doit donc pas être interprétée comme l'énergie retirée exclusivement à partir de la chambre de stockage. Une conduction complexe et un modèle de diffusion de la masse seraient nécessaires pour fournir une analyse complète des mécanismes de transfert de chaleur au sein de la structure pot-in-pot, qui ne relèvent pas du champ d'application de cet article.

Modifier Convection

Le pot-en-pot réfrigérateur connaîtra les deux formes de convection. Lorsque l'air est inactif le dispositif expérience convection naturelle et par la suite, lorsque l'air se déplace à une vitesse donnée, le dispositif subira les effets de la convection forcée.

Dans les deux cas, il est probable que le processus convectif va transférer l'énergie au système en raison de la température ambiante et à haute température de surface du dispositif de refroidissement. Cette énergie qui est transférée dans le système réduira l'effet de refroidissement global. Par rapport à l'énergie associée à un changement de réaction en phase (évaporation) cependant, les pertes / gains convectifs sont relativement faibles.

Radiation Modifier

Le réfrigérateur pot Zeer devrait fonctionner dans des conditions ouvertes avec exposition directe au soleil pendant la journée. Cela transférer une quantité importante d'énergie dans le système, dépend du niveau du rayonnement solaire, la température de surface du pot extérieur et les propriétés matérielles de l'argile.

Rapprochement approximatif pour la balance énergétique net Modifier

Cette section va tenter de quantifier la quantité d'énergie prélevée à partir de la chambre de stockage par l'application d'un bilan énergétique, y compris le refroidissement par évaporation et par rayonnement.

Les conditions suivantes décrivent le scénario de base utilisé dans l'article:

Pour inclure les effets des rayonnements nous considérons que les heures de jour, supposé être entre 8 heures et 18 heures (10 heures).

L'effet de refroidissement maximal pour les paramètres indiqués ci-dessus a été signalé à 4.46kW. Au cours des 10 heures, le refroidissement global (en tenant compte des périodes de stagnation d'écoulement, les irrégularités de l'environnement, et les périodes de réduction de la teneur en eau dans le sable) a été approchée pour être égale à trois heures à cette valeur maximale pour les conditions prescrites. Cela nous donne une perte d'énergie efficace du système de 13.4kWh.

Le calcul suivant détermine l'énergie nette transmise au système par rayonnement pour le scénario décrit. De plus encore:

Exécution d'un bilan énergétique de l'appareil (uniquement pour le rayonnement):

On peut se rapprocher de la zone exposée pour radiatif sur le transfert de chaleur égale à:

Au cours d'une période d'exposition de 10 heures l'énergie radiative nette totale transférée au système est 1.92kWh.

Par conséquent, l'écoulement d'énergie hors du dispositif sur une période de 10 heures se trouve être (13,4 à 1,92) = 11.48kWh

Comme mentionné ci-dessus, cette valeur représente la perte d'énergie pour l'ensemble pot-in-pot dispositif. En raison de la nature de la conduction, un gradient de température dans le dispositif doit être présent pour créer un hors flux d'énergie. Chaque couche du dispositif doit donc être refroidi: le pot extérieur; volume de sable; teneur en eau dans le sable; pot intérieur; l'air dans la chambre de stockage; et le contenu de la chambre de stockage. Compte tenu de cela, il est raisonnable d'estimer que la seule 5% de l'énergie totale hors flux influe directement sur la chambre de stockage.

Par conséquent, le refroidissement réelle au sein de la chambre de stockage dans les conditions prescrites se trouve être plus ou moins 0.57kWh.

Limitations du périphérique Modifier

Il a été démontré que l'augmentation du rayon du pot extérieur de 0,25 m à 0,45 m, presque double de l'effet de refroidissement total. L'adaptation de ce cependant, est limitée par l'augmentation des coûts associés à l'utilisation de plusieurs matériaux. Il est suggéré que la stratégie pour faire de grands réfrigérateurs pot-en-pot être employés que si les membres de la communauté sont prêts et capables de mettre en commun leurs ressources pour partager un appareil avec des performances supérieures.

Il est irréaliste de supposer que l'électricité est disponible pour veiller à ce que leur est une source constante et adéquate du flux d'air. Le dispositif est dépendant des vents uniquement sur d'origine naturelle. Pour maximiser le flux d'air, il est recommandé que le réfrigérateur Zeer être placée aussi haut au-dessus du sol que possible. Ceci peut être accompli en construisant un cadre simple pour soutenir le dispositif, et en les plaçant sur un terrain élevé ou sur des bâtiments.

Il reste le potentiel d'analyse future de ce dispositif. Le développement d'un modèle de conduction détaillé pour analyser le transfert de chaleur et les mécanismes de diffusion de masse au sein des différentes couches aiderait à identifier les facteurs limitant la performance et comment ils peuvent être pris en compte. En outre, par expérimentation, une étude pourrait être réalisée pour remplacer le facteur de correction de perméabilité utilisé dans cette analyse avec les taux réels de diffusion de l'humidité à travers l'argile.

Toutes les équations ont été résolues utilisées la SEE progiciel (ingénierie équation Solver). Les équations utilisées sont décrites ci-dessous.