SOLAR-DRIVEN HYBRID EJECTOR COOLING AND HUMIDIFICATION DEHUMIDIFICATION WATER DESALINATION SYSTEM

SOLAR-DRIVEN HYBRID EJECTOR COOLING AND HUMIDIFICATION DEHUMIDIFICATION WATER DESALINATION SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Thesis_Hamad.pdf
Restricted to Repository staff only until 19 April 2021.

Download (2MB)

Arabic Abstract

تشير الإحصاءات إلى تزايد مستمر في مؤشرات استهلاك الطاقة في المملكة العربية السعودية نظرا لمعدلات النمو السكاني والتنمية العالية وخصائصها الجغرافية التي تتطلب استهلاكا عاليا من الطاقة للتكييف وتحلية المياه. في الوقت الراهن، لا يزال حرق الوقود الأحفوري هو المصدر الرئيسي لتغطية الطلب المتزايد من الطاقة، مما يؤدي لزيادة المخاطر الناتجة من الانبعاثات الضارة وزيادة الاحتباس الحراري. ولهذا، تعد تقنيات الطاقة المتجددة جزءا محوريا لتفادي مثل هذه التبعات. هذه الدراسة تقترح تصميم نظام مبتكر لدائرة تبريد بالدمج متكاملة مع دائرة تحلية مياه بالتبخير والتكثيف (HDH) .وقد تم تطوير نموذج رياضي متكامل لتصميم النظام وتحليل أداءه باستخدام برنامج (ESS) . تم تحليل الدائرة الأساسية باستخدام غاز الفريون (R134a) لدائرة التبريد لظروف تشغيلية مختلفة. أظهرت النتائج أن درجة الكفاءة (COP) للنظام تتطور بارتفاع حرارة المولد أو حرارة المبخر، بنما تتأثر سلبا في حال زيادة درجة حرارة المكثف. أدى التكامل بين الدائرتين إلى رفع معدل الإنتاجية (GOR) لدائرة التبخير والتكثيف (HDH) بمقدار 25%، ,وذلك نتيجة لارتفاع درجة الحرارة الدنيا لدائرة التحلية بالتبخير والتكثيف بمقدار 15 درجة مئوية. كما تم تجربة خمسة موائع صديقة للبيئة مقترحة لاستبدال غاز الفريون (R134a) وقد تفوقت معظمها عليه. كما تم اختبار دائرة التحلية بالتبخير والتكثيف (HDH) عبر تحمية الهواء وقد أظهرت أداء أفضل بالمقارنة مع تحمية الماء ولكن فقط ضمن درجات حرارة مرتفعة، مثل 80 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، ناقشت هذه الدراسة نظام هجيني مطور يسمح لدائرة التحلية التبخير والتكثيف (HDH) بالعمل اعتمادا على الطاقة الحرارية المهدرة من المكثف أثناء دورته التبريدية. وقد أظهرت الدراسة تطور معدل الاستفادة من الطاقة (EUF) للنظام الهجيني بمقدار 35%. ختاما، تضمنت هذه الرسالة دراسة لجدوى الاستفادة من النظام الهجيني لتحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية كمصدر وحيد للطاقة في منطقة القصيم بالإضافة إلى أربع مناطق مختلفة في المملكة العربية السعودية. أظهرت الدراسة قابلية تطبيق النظام في المدن المختارة لما تستقبله من طاقة شمسية عالية مع فروق بسيطة فيما بينها. تبوك ونجران تستقبلان أعلى قدر من الطاقة الشمسية مما أدى لنتائج أفضل مقارنة بباقي المدن.

English Abstract

Energy consumption by air conditioning and water desalination sectors in Saudi Arabia is huge and increasing with the growing demand. This high demand of energy is usually accomplished by burning fossil fuels, which adds to the existing concerns of climate change. Technologies that can work using low-grade renewable energy sources have to be implied to participate in minimizing the environmental effect. This thesis introduces a novel ejector cooling cycle integrated with water-heated humidification dehumidification desalination cycle. A validated mathematical model is made, and the performance of the system is analyzed using EES program. First, the basic cycle is analyzed using R134a as the working fluid for the cooling cycle at different operation temperatures. The results show that the increase in the generator temperature will improve the entrainment ratio (w) and coefficient of performance (COP). Both parameters also improve with the increase of evaporator temperature, while drop significantly when the condenser temperature increases. As a result of the integrated design, the GOR of the HDH improved by 25% as the HDH minimum temperature increased by 15°C. After that, five environmentally friendly future candidate working fluids were investigated which revealed an advantage of most of them over R134a. Air-heated HDH desalination cycle is also tested and shows better performance than water-heat one only at high HDH maximum temperature values, such as Tmax=80 °C. Furthermore, a modified hybrid system that allows HDH desalination unit to work only under the wasted heat of condenser in the cooling cycle is discussed. It shows that the energy utilization factor (EUF) of the hybrid system has improved by 35%. Finally, a case study is proposed to study the feasibility of the hybrid system in the Qassim region, as well as four other regions, in Saudi Arabia using solar energy as the only input energy. The selected cities show great solar radiation potential with relatively close output results. Qassim showed 15% saving in the input energy needed after integrating the two cycles for specified outputs. Tabuk and Najran recieves the highest radiation which led to higher outputs in these two cities compared with other cities.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Engineering
Mechanical
Divisions: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Sulaiman, Fahad
Committee Members: Zubair, Syed and Antar, Mohammed
Depositing User: HAMAD AL-MAHMOUD (g201036080)
Date Deposited: 08 May 2019 12:50
Last Modified: 01 Nov 2019 21:00
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140957