Discussione: Concetratore solare lineare parabolico per disinfettare l'acqua

Ciao a tutti, sto cercando di progettare un concentratore solare, utilizzando una parabola riflettente (lunghezza 10 m con tubazione passante nel fuoco) per potere disinfettare l'acqua. Questo sistema verrá installato in un villaggio africano per approvvigionare circa 1000 persone.
La temperatura che mi serve é di circa 80°C, non necessariamente di piú. Esiste una valvola termostatica che senza l'ausilio di energia elettrica o pneumatica, mi controlla la temperatura dell'acquaa valle della tubazione, facendo passare soltanto l'acqua attorno agli 80°C?

Certo... un comune termostato per radiatore di autovetture, per esempio.
Ma ti conviene pensare COMUNQUE ad altri sistemi in supporto, tipo clorazione e simili.
In che zona sei? (del Camerun, intendo)

Sicuramente il sistema verrá affiancata da trattamenti di disinfezione tradizionali come la clorazione soprattutto perché il concentratore potrá funzionare soltanto nel periodo della stagione secca.
Il villaggio si trova nel comune di Bafang a nord di Douala.

La valvola che dici tu dove la posso trovare? Prima di montarla devo fare qualche modifica?

Il termostato per auto costa pochissimo, in Cameroun lo trovo ovunque anche nuovo e persino sotto i sassi se in demolizione...
Si tratta di quel dispositivo che, in tutte le autovetture, inibisce il passaggio dell'acqua al radiatore se l'acqua del circuito del motore non è ancora arrivata in temperatura.
Devi prendere non solo il termostato, maanche il blocco di alluminio e plastica che ne forma l'alloggiamento.
Non devi fare nessuna modifica (anche se non ho ancora capito quale sia il suo utilizzo, a meno che il sistema sia in continuo)

... cosa usate, acqua di pozzo? Perche non mi sembra che ci siano fiumi, a Bafang..
Visto che non sei sul Wouri, non hai inquinamento salino, ma ti consiglio vivamente una filtrazione preliminare: usa un filtro a sabbia per piscine (o autocostruisci un sistema similare).

Potrebbe essere questo il termostato?
Termostato auto-alibaba.com
Il concentratore funzionará in continuo.
Ti invio una rozza schematizzazione del sistema. Accetto qualsiasi tipo di suggerimento!
L'acqua che verrá trattata é l'acqua di un torrente che scorre vicino al villaggio. Non si conoscono ancora le caratteristiche chimiche e microbiologiche ma a breve verrá fata una analisi.

Ti rispondo nel omeriggio, ora devo andare..

Originariamente inviata da adodrum

Potrebbe essere questo il termostato?
Termostato auto-alibaba.com
...

Guarda qui al post n°4
Possibile soluzione alle sovra temperature estive

Intanto, per capire cos'è un termostato, guarda questi:

termostati :: deraco srl _ distribuzione di ricambi per auto, veicoli commerciali, veicoli industriali e movimento terra

www.hondaclub.it • Leggi argomento - help help help...motore in ebollizione!!
(si evidenzia l'apertura a 78°)

1997 Toyota Corolla Parts – Radiator Components Diagram | Car Parts Diagram
(esploso circuito raffreddamento toyota corolla 1997)

Come funziona la valvola termostatica per radiatori auto.grazie? - Yahoo! Answers

[REPORTAGE]Cambio termostato per motori M52TU ed M54TU - BMW passion Forum

Chiaramente, ogni auto ha il suo diverso alloggiamento (housing), e perciò bisogna cercare il complessivo termostato+housing.

Il concentratore e' orientato manualmente, ruotando intorno al fuoco, cioe' il tubo ?

La circolazione e' per caduta ?

Ma come fai a controllare la temperatura ? Dovresti controllare il flusso, il rischio di temperatura troppo elevata mi sembra molto concreto.

ciao

Il concentratore dovendolo posizionare all'equatore (camerun) non dovrebbe essere ruotato. Giusto?
La circolazione é in pressione, praticamente si vuole sfruttare un dislivello.
Per quanto riguarda il controllo della temperatura installando unso che con il materiale che sto provando raggiungo in 10 min i 100°C. Quindi montando una valvola termostatica riesco a sfiatare l'acqua.
Visto che sono alla mia prima esperienza rimango aperto ad ogni tipo di critica e consiglio.
Grazie!

Il concentratore dovendolo posizionare all'equatore (camerun) non dovrebbe essere ruotato. Giusto?

Eheheh, stavo per dirlo io... sei a circa 4° dal'Equatore, non serve...

La circolazione é in pressione, praticamente si vuole sfruttare un dislivello.

Perfetto, quello era anche il mio dubbio.

Però, come mai vuoi pastorizzare l'acqua prima di clorarla? Hai così tanti colibatteri? non è che per caso hai intercettato il colaticcio di qualche villaggio a quota più alta?

Altra cosa: vista la zona, hai un'abbomdanza di soluzione ferrosa e di metano, che insieme ai batteri che se ne nutrono forma una vera e propria colla rossastra nei tubi.
Prima di ammazzare i batteri con la clorazione (con la pastorizzazione no, loro nel caldo ci vivono benissimo), fai fare uno stramazzo dalla sorgente alla presa d'acqua in modo da ossigenare l'acqua.
A quel punto, con un catalizzatore provochi la precipitazione dei fanghi nel filtro a sabbia (che dovrà essere lavato con inversione di ciclo una volta al giorno).
Io usavo una dose di 5ppm di solfato di rame, ma nel tuo caso si vedrà...

NON FAR ANDARE ACQUA SPORCA nel collettore, per carità...

Non hai detto se si tratta di un pozzo (ma forse no) o di una sorgente (più probabile, vista la carica batterica)... se è un pozzo, a che temperatura esce l'acqua?

Originariamente inviata da adodrum

Il concentratore dovendolo posizionare all'equatore (camerun) non dovrebbe essere ruotato. Giusto?

Non proprio, non serve all'equatore i giorni dell'equinozio, altrimenti una certa oscillazione angolare giornaliera c'e'. Puoi forse contenerla con un tubo di diametro adeguato.
Inoltre c'e un piu' rilevante spostamento stagionale del piano che meglio approssima la posizione del sole.

Originariamente inviata da adodrum

Per quanto riguarda il controllo della temperatura installando unso che con il materiale che sto provando raggiungo in 10 min i 100°C. Quindi montando una valvola termostatica riesco a sfiatare l'acqua.

Il fatto e' che con un tubo di dieci metri credo ci siano situazioni in cui la temperatura al centro del tubo puo' superare quella all'estremo di sbocco.

Immagina che la valvola sia chiusa, il sole scalda e la valvola comincia ad aprirsi, cioe' la temperatura all'estremo raggiunge gli 80 gradi, ma l'acqua era ferma dunque anche nelle altre zone del tubo raggiunge gli 80 e nel tempo che ci impiega ad arrivare alla fine del tubo e sfiatare probabilmente vaporizza.
Molto dipende dalla velocita' del flusso, una soluzione sarebbe mettere degli sbocchi intermedi, sempre dotati di valvola. Addirittura il tubo dell'acqua gia' pastorizzata potrebbe viaggiare parallelo al tubo riscaldato, cioe' nella sua ombra.

ciao

Non proprio, non serve all'equatore i giorni dell'equinozio, altrimenti una certa oscillazione angolare giornaliera c'e'.

Sono 4 gradi, un inezia probabilmente inferiore alle imprecisioni di costruzione della parabola...

Inoltre c'e un piu' rilevante spostamento stagionale

Quello sì, sono i soliti +/- 23,5°. Si regola il concentratore una volta al giorno.

Il fatto e' che con un tubo di dieci metri credo ci siano situazioni in cui la temperatura al centro del tubo puo' superare quella all'estremo di sbocco

Dipende dal diametro del tubo, se è sufficientemente grande ci sono dei movimenti convettivi al suo internoche permettono la ridistribuzione del calore.
Inoltre, il tubo è di materiale metallico conduttore, ed anche questo distribuisce il calore su tutta la superficie e quindi a tutto il liquido contenuto nel tubo.
E poi, zone differenziate potrebbero esserci se il tubo non fosse centrato, ma in quel caso si avrebbero zone a temperatura inferiore e non superiore.
No, credo che non sia un problema.. anche se il top sarebbe avere una pompa di ricircolo.
Piuttosto, si potrebbe dare una leggera pendenza e rendere il concentratore suborizzontale, e dotarlo di un vaso di espansione aperto.

Addirittura il tubo dell'acqua gia' pastorizzata potrebbe viaggiare parallelo al tubo riscaldato, cioe' nella sua ombra.

Cioè sopra, all'esterno ? Perchè all'interno del concentratore non c'è l'ombra.

Ciao, ma lo spostamento stagionale é di 23°?
Vuol dire che nei primi tre mesi di sole (su 6 totali) ogni giorno devo alzare il lato lungo (quello verso nord) fino ad arrivare a sollevarla di almeno 80 cm se la parabola é ampia 2 m?

L'acqua é superfiaciale, viene presa da un torrente. A fine settembre verrá fatta un'analisi sia chimica che microbiologica. Al momento non conosco alcun parametro.
L'obiettivo é quello di usare totalmente come trattameto disinfettante l'effetto del concetratore.

Per quanto riguarda il posizionamento del tubo rimango abbastanza convinto da quello che dice livingreen!

Ciao, ma lo spostamento stagionale é di 23°?

Si, è l'oscillazione del pianeta.

Vuol dire che nei primi tre mesi di sole (su 6 totali) ogni giorno devo alzare il lato lungo (quello verso nord) fino ad arrivare a sollevarla di almeno 80 cm se la parabola é ampia 2 m?

Alt, fermi tutti!!
I concentratori lineari si usano con orientamento est-ovest, proprio per evitare di inseguire il movimento apparente del sole durante il giorno.
Se lo orienti nord-sud, il concentratore deve essere dotato di inseguitore.

In ogni caso, ammettendo che la declinazione all'equinozio sia di zero gradi (cioè perfettamente all'Equatore), il pannello sarà orizzontale: in inverno sarà inclinato verso nord di 23,5° e d'estate verso sud di 23,5° (parlo di inverno "nostro"...).
Comunque, considerando che da aprile a maggio avrai la piccola stagione delle piogge e da luglio-agosto ad ottobre la grande, direi che sia abbastanza inutile prevedere il posizionamento per quei sei mesi, vista anche l'abbondanza d'acqua.

OK OK!
Il concentratore verrá posizionato in direzione est-ovest nel senso che il "mezzo cilindro" avrá direzione parallela all'equatore.
Ti chiedevo peró dell'inclinazione stagionale.
A Ottobre é orizzontale il 21 Dic é a 23° e poi torna giú?

Più o meno... se tu fossi esattamente all'Equatore, avresti inclinazione zero nei due equinozi (più o meno, bisogna vedere le coordinate vere, e non le sate "tradizionali" degli equinozi).
In inverno avresti inclinazione verso sud (+23.5°) ed in estate verso nord (-23.5°)

La descrizione è semplificata ma efficace: nella realtà la cosa è un po' più complicata perchè la Terra non descrive un'orbita circolare intorno al Sole, ma un'orbita ellieeica in cui il Sole è in uno dei fuochi. Questo vuol dire che per esempio la velocità della Terra non è fissa, ma aumenta quando si avvicina al Sole (l'effetto fionda che si usa anche in navigazione spaziale), e quindi le stagioni non sono di uguale periodo. Da noi, l'estate e l'autunno durano 93 giorni, mentre l'inverno e la primavera solo 89-90.

P.S.: ti metto due disegnini, così ci capiamo:

Originariamente inviata da livingreen

In ogni caso, ammettendo che la declinazione all'equinozio sia di zero gradi (cioè perfettamente all'Equatore), il pannello sarà orizzontale: in inverno sarà inclinato verso nord di 23,5° e d'estate verso sud di 23,5° (parlo di inverno "nostro"...).

Concordo, solo scambiare inverno ed estate.
Credo anch'io che sia sufficiente cambiare stagionalmente l'inclinazione e di sicuro non serve farlo neanche tutti i giorni.
L'importante sara' prevedere il sistema di basculaggio, poi si puo' fare trnauqillamente ad occhio...
Il fuoco dovra' essere un po' piu' piccolo del diametro del tubo, per digerire le tolleranze.

Ma 2 metri di apertura mi sembrano veramente tanti, tutto dipende dalla potenza necessaria naturalmente, quindi da quanto sole c'e' e dal flusso.

Per il sole fondamentalmente conta solo la radiazione diretta, che e' l'unica che puo' essere concentrata.
Forse qualcosina esce anche quando e' nuvolo, si concentra la zona di cielo dove e' puntato il paraboloide, con 2 metri di apertura un piccolo flusso credo si ricavi.

Il sistema mi sembra che sia previsto gia' a vaso aperto, nel senso che l'acqua non e' condotta a monte e a valle del concentratore.

Certo il ricircolo sarebbe l'ideale per poter incrementare la temperatura progressivamente anche quando la potenza del concentratore e' bassa. Altrimenti l'unica e' governare il flusso, per poter scaldare in una sola passata.

L'obiezione che facevo era un caso, cioe' la ripartenza con acqua ferma, quando la valvola apre l'acqua e' piu' o meno tutta a 80 gradi, ma quella all'inizio del concentratore deve percorrere ancora 10 metri, quindi facile superi i 100 prima di arrivare alla fine. Con il sistema a vaso aperto non dovrebbe succedere nulla di grave, pero' io eviterei. Gli sbocchi intermedi potrebbero bastare a scongiurare il problema.
Tra l'altro se si parla di paraboloidi di 2 metri di apertura per 10 metri di lunghezza mi viene da pensare ad un flusso veramente elevato, non so' se una termostatica da auto basta a gestire il flusso, dipende anche dalla pressione naturalmente.

Comunque ripeto e' fondamentale valutare il flusso di acqua a 80 gradi.

ciao

Il sistema mi sembra che sia previsto gia' a vaso aperto, nel senso che l'acqua non e' condotta a monte e a valle del concentratore.

Vero, però quel che manca è la "certezza". Come nelle caldaie, bisogna calcolare sia l'espansione che il carico idrostatico, in modo che la pressione all'interno del circuito non salga mai oltre i limiti di sicurezza.
In altre parole, esiste già uno sfogo per la pressione ma non si sa per "quale" pressione, e bisogna aggiungerci un sistema calcolato e calibrato per valori certi.

Sto' facendo due conti sulla potenza.
Se non ricordo male la DNI (Direct Normal Irradiance) e' circa 800 W/mq.
Ammettendo di riuscire a trasferirne all'acqua il 60 % (a proposito il tubo disperdera' parecchio calore se non trattato con rivestimento selettivo), avremmo 480 W/mq di concentratore.

Fanno circa 0.11 Kcal/mq. Se l'acqua in ingresso e' a 20 gradi, vuol dire che posso portarla a 80 gradi con un flusso di 0.00183 l/s/mq. Per 20 mq 0.037 l/s, cioe' 133 l/h.

Seconda considerazione:
Il sistema ha un'inefficienza spaventosa, l'acqua pastorizzata andrebbe raffreddata prima di essere utilizzata, la cosa piu' logica e' utilizzarla per preriscaldare l'acqua in ingresso al concentratore, credo si raddoppierebbe almeno l'efficienza.
Per questo pero' serve una pompa, o almeno un secchio..., visto di che flussi si parla non mi sembra improponibile.
Faccio presente che raddoppiando l'efficienza si potrebbe dimezzare l'apertura o la lunghezza del paraboloide.

Pero' a questo punto bisogna vedere su che livello tecnologico ci si vuole porre.
Un pannello FV con batteria e pompa a 12 V e scambiatore a piastre oppure...

ciao

Giusta considerzione.
Ma credo che si possa tranquillamente fare a meno dlla pompa, se si usa il dislivello.

La pompa (o il secchio) e' per riportare l'acqua pastorizzata a monte del concentratore.

ciao

Ho capito, toninon.. ma se la spinta la dà il dislivello è lo stesso.

Ok, e' chiarissimo, bello schema, hai anche disegnato lo scambiatore in controcorrente .

ciao

... però il problema è un altro... io in Cameroun ti posso trovare quasi tutto il possibile, lo conosco molto bene. Ma uno scambiatore non lo trovi, nemmeno se piangi: o lo porti dall'Italia o te lo costruisci.
A quel punto, ci vuole un sistema facile per costruirlo e che prenda in considerazione costi e manutenzione.
Tubi concentrici? Non trovi le tenute, non lo sanno saldare e non ci sono tubi "seri".
A piastre? Come possono costruirlo o stamparlo?
Alfa laval? Idem, niente lamiere speciali e costruzione difficile per le saldature interne a tenuta... e non parliamo nemmeno di quelli a fascio tubiero.

Francamente, stavo pensando a dei ricambi da camion...quelli si trovano ovunque.