EXPERIMENTAL STUDY ON TUBULAR SOLAR STILL USING ORGANIC PHASE CHANGE MATERIAL (NEPCM) FOR FRESH WATER PRODUCTION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Ms_Thesis_202212600.pdf Restricted to Repository staff only until 30 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

تقيّم هذه الدراسة الإنتاجية الحرارية وإنتاجية المياه العذبة لجهاز تقطير شمسي أنبوبي مُحسَّن بتخزين حراري مُغلَّف كليًا - شمع العسل، وشمع العسل المُطعَّم بأكسيد الجرافين المُختزل (rGO)، وشمع البارافين - مُعبَّأ في علب ألومنيوم مُعاد تدويرها، وتقارن أداءه بجهاز تقطير أنبوبي تقليدي بدون مواد تغيير الطور (PCM). تم توصيف الخصائص الحرارية والبصرية والبنيوية لشمع العسل وشمع العسل المُطعَّم بأكسيد الجرافين المُختزل (rGO) باستخدام تقنيات FTIR وUV-DRS وDSC. أكدت تقنية FTIR أن إضافة أكسيد الجرافين المُختزل (rGO) لا تُغيِّر التركيب الكيميائي لشمع العسل، بينما أظهرت تقنية UV-DRS انخفاضًا في الانعكاس المنتشر من 47.8% إلى 9.4%، مما يُشير إلى زيادة امتصاص الطاقة الشمسية. كشفت نتائج DSC عن زيادة في درجة الانصهار إلى 50.6 درجة مئوية، وارتفاع بنسبة 7.7% في حرارة الانصهار الكامنة لشمع العسل المُطعَّم بأكسيد الجرافين المُختزل (rGO)، مما يُظهر تحسنًا في الاستقرار الحراري وسعة التخزين. أظهرت الاختبارات الخارجية التي أُجريت في ظروف مناخية مماثلة لمدينة الظهران بالمملكة العربية السعودية أن تركيبة أكسيد الجرافين المختزل وشمع العسل حققت أعلى إنتاجية يومية من المياه العذبة، ورفعت درجة حرارة مياه الحوض، وحققت أعلى متوسط كفاءة حرارية (51.66%). وتجاوزت كفاءة الطاقة المتاحة (3.14%) كفاءة شمع البارافين (2.48%)، وشمع العسل (2.08%)، والمواد الصلبة العالقة التقليدية (1.25%). ومن الناحية الاقتصادية، حققت تركيبة أكسيد الجرافين المختزل وشمع العسل أقل تكلفة للمياه المقطرة (0.011 دولار/لتر) وأقصر فترة استرداد للتكاليف (5.6 أشهر)، مما يؤكد أن مواد تغيير الطور النانوية المحسّنة في أغلفة المعادن المعاد تدويرها تُعد خيارًا فعالًا ومستدامًا ومنخفض التكلفة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية.

English Abstract

This study evaluates the thermal and freshwater productivity of a tubular solar still enhanced with macro-encapsulated thermal storage—beeswax, rGO-doped beeswax, and paraffin wax encapsulated in waste aluminium cans, and compares its performance against a conventional tubular still without PCM. The thermal, optical, and structural properties of beeswax and rGO-doped beeswax were characterized using FTIR, UV–DRS, and DSC. FTIR confirmed that adding rGO does not alter the chemical structure of beeswax, while UV–DRS showed a reduction in diffuse reflectance from 47.8% to 9.4%, indicating enhanced solar absorption. DSC results revealed an increase in melting temperature to 50.6 °C and a 7.7% rise in latent heat of fusion for rGO-doped beeswax, demonstrating improved thermal stability and storage capacity. Outdoor tests under Dhahran, Saudi Arabia climatic conditions showed that the rGO–beeswax configuration achieved the highest daily freshwater yield, elevated basin water temperatures, and the greatest average thermal efficiency (51.66%). Its exergy efficiency (3.14%) exceeded that of paraffin wax (2.48%), beeswax (2.08%), and the conventional TSS (1.25%). Economically, rGO beeswax yielded the lowest distilled water cost (0.011 $/L) and the shortest payback period (5.6 months), confirming nano-enhanced PCMs in recycled metal encapsulations as an efficient, sustainable, and low-cost option for solar desalination

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Satyamurthy, Ravishankar
Committee Members:	Ali, Hafiz and Ali, Usman
Depositing User:	MIRZA BAIG (g202212600)
Date Deposited:	30 Dec 2025 10:42
Last Modified:	30 Dec 2025 10:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143953