Evaporation d'un liquide à une température donnée

[invite879a57f4]

Bonjour à tous,

Je vous explique mon problème. J'ai construit une petite structure qui a un volume d'air de cm3 et un volume d'eau de cm3.

Mon but est de faire évaporer l'eau et que la condensation produise un débit de 15l/h pour faire tourner une petite dynamo. Pour y arriver, je place la structure au soleil pour que les rayons du soleil passe à travers les 4mm des vitres. La température monte jusqu'à 50°C mais il y a une condensation trop faible. La température ne descend jamais en dessous de 35°C.

Comment puis-je arriver à avoir le débit d'eau voulu ?

Je pense à remplacer l'air ambiante par du CO2. Est-ce que j'arriverais à avoir mon débit d'eau voulu ?
Si ça ne marche pas, puis-je avoir mon débit d'eau en diminuant la pression d'air ? Si oui, quelle pression dois-je avoir ?

Merci d'avance pour les réponses que vous m'apporterez
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Je n'ai pas compris en quoi consiste votre engin.
Faites-nous un schéma (même à main levée). Sous la boite d'édition cliques sur "Gérer les pièces jointes et laissez-vous guider".

Pour évaporer 15 l/h il vous faut plus de 1 kW de puissance. En imaginant un rendement de 100% avec le soleil à midi, il vous faudrait une surface exposée de 1,5 m².
Donc, ça me semble mal parti.
Au revoir.

[invite879a57f4]

Il y a un réservoir d'eau dans l'engin. La vapeur va se mettre sur les vitres et les gouttes d'eau formées vont tomber dans des rigoles. L'eau va converger vers un point. A cet endroit, l'eau va actionner une dynamo.
Pour que la dynamo tourne, j'ai besoin d'un débit de 15l/h. J'ai besoin de savoir comment je peux arriver à avoir ce débit

[arrial]

comment je peux arriver à avoir ce débit

… en chauffant l'eau avec l'électricité de la dynamo ? …

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tiluc40]

Bonjour,

D'après ta description, j'ai l'impression que la condensation se fait un peu partout, et que l'action de collecter les gouttes d'eau consomme une partie de l'énergie potentielle sans produire d'énergie utile. Tu n'as vraiment aucun schéma à nous proposer ?

Vu ce que tu décris, je partirais plutôt sur un four (barbecue) solaire chauffant par le bas un ballon qui envoie de la vapeur d'eau dans un système de condensation situé plus haut, passage par la dynamo puis retour dans le ballon. Avec, comme dit LPFR, une puissance pic disponible de 1000W /m².

J'ai l'impression qu'il n'y a pas qu'une histoire de débit. La hauteur de chute d'eau n'intervient pas aussi ?

[invite879a57f4]

C'est vrai mais il n'y aura aucun gain énergétique

[LPFR]

C'est vrai mais il n'y aura aucun gain énergétique

Re.
Vous pensez obtenir de l'énergie à partir de rien ?
Il fallait commencer par là. Je ne vous aurais même pas répondu.
A+

[Tiluc40]

Re.
Vous pensez obtenir de l'énergie à partir de rien ?
Il fallait commencer par là. Je ne vous aurais même pas répondu.
A+

Bonjour LPFR,

Il n'y a pas rien. Il y a de l'énergie solaire en entrée. Après, j'ai peur que la surface nécessaire à l'obtention de quelque chose d'exploitable soit problématique, et qu'en terme de compacité, une batterie rechargeable sur le réseau de son électricien préféré devrait être plus adaptée.

Edit : Mais peut-être que maitreleo souhaite juste redémontrer un concept et qu'il habite à la campagne avec un grand jardin. Ce qui peut rendre la construction d'un prototype intéressante, d'un point de vue pédagogique (tant par la réalisation que par la démonstration de la difficulté d'exploiter l'énergie solaire).

[invite879a57f4]

grossomodo voilà le schéma. En bleu, c'est la réserve d'eau. L'eau s'évapore grâce à la chaleur produite par les rayons du soleil. Les goutes d'eau se forment sur le "toit". Elles tombent sur les rigoles en gris. L'eau fait tourner la dynamo en rouge pour revient dans le réservoir d'eau par une autre rigole.

[LPFR]

Re.
Il faut que l'eau reçoive un ou deux kilowatts du soleil. Il faut donc une surface d'eau de l'ordre de 3 m². Avec une bâche noire au fond pour absorber le rayonnement. Ces chiffres sont celles pour une belle journée d'été sans nuages.
Les surfaces de condensation doivent être dans un matériau qui laisse passer le rayonnement solaire au mieux. Donc, plutôt du verre mince que du plastique. Peut-être qu'avec du plastique très fin (mylar, par exemple) ça pourrait fonctionner. Mais je m'avance, je ne connais pas la transparence du mylar aux infrarouges.
A+

[invite879a57f4]

ok. si je baisse la pression de l'air, l'eau va s'évaporer à une température moins élevée. Quelle pression faudra-t-il pour que l'eau s'évaporer à 35°C ?

[Tiluc40]

Ca ne me parait pas très efficace. Une bonne partie de l'énergie potentielle est perdue pour collecter l'eau. Tu n'a rien à gagner à faire un toit aussi pentu, si ce n'est que les gouttes vont avoir du mal à glisser.

Que penserais tu de la solution type soxhlet + barbecue solaire ?

En adaptant un peu. Tu ne mets rien dans le soxhlet puisque il est juste là pour récupérer l'eau condensée.

Coté barbecue solaire, pour la source d'énergie : quelque chose dans ce style

Par son fonctionnement, le soxhlet va relacher l'eau par intermittence, à cause du siphon. L'idée serait de mettre le soxhlet au plus haut, d'isoler pour éviter la condensation dans les parties basses, de casser (c'est dommage) la sortie du siphon pour envoyer dans la turbine, et de positionner cette dernière en bas du circuit, puisque ce qu'on récupère ici, c'est l'énergie gravitationnelle potentielle de l'eau. Puis retour dans le ballon. Il est possible de faire un circuit équivalent sans acheter un soxlet, qui est assez couteux, mais tu vois le principe (cf. pièce jointe vraiment faite à l'arrache). Rien de neuf... Juste réinventer la centrale à gaz. Mais ça résoudrait sans doute ton problème de débit. Par contre, ça ne fournira pas d'électricité en continu.

Après, je serais tenté de dire que plutôt que baisser la pression, on pourrait optimiser le liquide. Avec un point d'ébullition et une chaleur spécifique plus bas que ceux de l'eau, comme l'éthanol. Reste qu'en circuit ouvert, il s'évaporera plus facilement dans la nature, malgrè le condenseur. Mais je ferais plutôt l'expérience que le calcul, vu que je ne vois pas trés bien à quelles températures ton système va fonctionner, coté chaud comme coté froid.

[invite879a57f4]

d'accord merci. J'ai cherché sur internet où je pourrai voir une liste de produit s'évaporant à différentes températures comme eau 100°, eau salée plus... As-tu une adresse internet où je pourrais avec une liste de produits avec leur température d'ébullition ?

[Tiluc40]

d'accord merci. J'ai cherché sur internet où je pourrai voir une liste de produit s'évaporant à différentes températures comme eau 100°, eau salée plus... As-tu une adresse internet où je pourrais avec une liste de produits avec leur température d'ébullition ?

Pour les propriétés des solvants : http://solvdb.ncms.org/solvdb.htm

Après, fais gaffe quand même niveau toxicité, et aussi niveau incendie. De ce coté là, l'eau est parfaite, donc tu fais bien de commencer avec elle. Même l'alcool, ça commence à poser des problème coté incendie. Difficile de laisser le truc sans surveillance.

Pourquoi fais tu ça ? Juste pour voir si c'est possible, ou tu veux alimenter quelque chose avec.

[invite879a57f4]

je fais ça surtout histoire de m'amuser à produire un peu d'électricité avec de l'eau.

il est vrai que l'eau est ce qu'il y a de plus sur. Comment calcule-t-on le volume d'évaporation ? Quels sont les facteurs à prendre en compte ?

[Tiluc40]

Energie de chauffage de l'eau jusqu'à 100°C depuis la température du réservoir : capacité thermiquexDelta T en première approximation, mais il me semble que traine quelque part sur ce forum le calcul tenant compte de la variation de capacité thermique avec la température.

Puis évaporation : Energie = Chaleur latente massique x masse d'eau évaporée.

Si ça marche en ébullition continue, seule l'évaporation est à considérer. Mais en mode pulsé, la température devrait baisser lors du siphonnage. On peut estimer aussi ça.

Coté puissance de chauffe : au max 1000W/m² disponibles, mais seule une partie y contribuera. Je parle pour le système que je t'ai décris : Avec des matériaux noirs autour du réservoir et le four solaire, je pense que tu aurais le rendement max. Après, il faudrait estimer les pertes thermiques et l'eau condensée qui retombe dans le réservoir sans passer par la turbine, qui vont nuire au processus...

[invite879a57f4]

D'accord. En baissant la pression, la température d'évaporation sera donc inférieure. J'aurai besoin de moins d'énergie pour que l'eau s'évapore.
Existe-t-il une formule pour connaitre la pression à avoir pour que l'eau s'évapore à une certaine température ?

[Tiluc40]

D'accord. En baissant la pression, la température d'évaporation sera donc inférieure. J'aurai besoin de moins d'énergie pour que l'eau s'évapore.
Existe-t-il une formule pour connaitre la pression à avoir pour que l'eau s'évapore à une certaine température ?

Il y a un tableau ici. Ca donne 100°C à 1013mbars, 60°C à 199mbars. Pas facile d'évaporer l'eau.

Est-ce que tu restes sur ta solution, ou tu passes sur ma proposition ? Je ne connais pas les dimensions de ton machin parce que tu as oublié de les mettre dans ton premier post, mais la forme de ta boite, ainsi que l'épaisseur des vitres ne me paraissent pas adaptées pour tenir une grosse différence de pression sur un gros volume. Fais le calcul de la force exercée sur un pan de mur en descendant à 0.2bars (Teb eau = 60°C) par exemple, tu risques d'être surpris.

Et puis quand tu va évaporer l'eau, la pression va remonter. Et si tu pompes en permanence, l'eau risque de partir dans la pompe au lieu de se condenser. Je ne suis pas sûr que ça soit une bonne solution de mettre sous vide. Je travaillerais plutôt sur le chauffage d'un petit volume d'eau, comme je te l'ai proposé, grâce à une grande surface de captage de l'énergie solaire, et dimensionner pour que le siphonnage entraîne la dynamo à tous les coups...

[Tiluc40]

D'accord. En baissant la pression, la température d'évaporation sera donc inférieure. J'aurai besoin de moins d'énergie pour que l'eau s'évapore.
Existe-t-il une formule pour connaitre la pression à avoir pour que l'eau s'évapore à une certaine température ?

Je ne sais pas si ça modifie la chaleur latente d'évaporation de l'eau. Ce qui est sûr, c'est que tu n'auras plus besoin d'aller jusqu'à 100°C. Il y a un tableau ici. Ca donne 100°C à 1013mbars, 60°C à 199mbars. Pas facile d'évaporer l'eau.

Mais je suis sceptique sur les chances de succès de cette méthode. Déjà, est-ce que tu restes sur ta solution, ou tu passes sur ma proposition ? Je ne connais pas les dimensions de ton machin parce que tu as oublié de les mettre dans ton premier post (j'imagine que c'est de l'ordre du mètre pour capter un peu de soleil), mais la forme de ta boite, ainsi que l'épaisseur des vitres ne me paraissent pas adaptées pour tenir une grosse différence de pression sur un gros volume. Fais le calcul de la force exercée sur un pan de mur en descendant à 0.2 bars (Teb eau = 60°C) par exemple, c'est à dire Delta P=0.8 bars, tu risques d'être surpris.

Et puis quand tu va évaporer l'eau, la pression va remonter. Et si tu pompes en permanence, l'eau risque de partir dans la pompe au lieu de se condenser. Je ne suis pas sûr que ça soit une bonne solution de mettre sous vide. Je travaillerais plutôt sur le chauffage d'un petit volume d'eau, comme je te l'ai proposé, grâce à une grande surface de captage de l'énergie solaire, et dimensionner pour que le siphonnage entraîne la dynamo à tous les coups...

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je ne sais pas si ça modifie la chaleur latente d'avaporation de l'eau.

Oui ça la modifie; la chaleur latente augmente quand la pression diminue. Il est toutefois possible d'évaporer une plus grande quantité d'eau avec la même quantité d'énergie en procédant à des évaporations en cascade, mais le système deviendra assez complexe.

Si on veux optimiser il faut déjà commencer par imaginer un autre procédé: On va dépenser 4180 joules pour vaporiser 1 kg d'eau et le faire monter de 1 ou 2m de haut, et ce kilogramme d'eau vas restituer 10 ou 20 joules d'énergie en retombant. A part pour réaliser une œuvre d'art ayant pour thème le gaspillage d'énergie je ne vois pas quel serait l'intérêt.

[invite879a57f4]

Ca va faire une énorme pression sur les vitres qui risque de ne pas tenir longtemps.

mon but est de créer de l'électricité en utilisant l'eau et le solaire sans utiliser un apport électrique. Comme l'évaporation n'est pas importante, la production électrique en sera de même. Si j'utilise de l'électricité pour faire évaporer, j'utiliserai surement plus d'électricité que j'en produirais.

[phuphus]

mon but est de créer de l'électricité en utilisant l'eau et le solaire

Donne-toi un terrain de jeu plus grand : la mer, les nuages, et un barrage

As-tu pensé à un chauffe-eau solaire alimentant une machine de Carnot ? Un stirling solaire, pourquoi pas alimenté par un chauffe-eau solaire si tu veux absolument de l'eau ?

[invite879a57f4]

je vais regarder tout ça attentivement. je vais reconsidérer le tout mais je ne sais pas encore comment ^^

[arrial]

Salut,




La chaleur latente augmente quand la température diminue.
Mais avec une simple trompe à eau, on peut abaisser la pression de sorte à ce que l’eau s ‘évapore à température ambiante [23 mbar] … mais l’eau de la trompe produirait infiniment plus d’électricité que le dispositif ‼ d’autant plus que faire tourner une turbine avec du vide en amont …

Notons que pour vaporiser 1 kg d’eau prise à 15°C sous une et le faire monter de 2m, il faut
4186*(100-15) = 355 810 J pour l’échauffer à 100 °C
2 500 000 J pour l’évaporer
9,81*2 = 19,6 J pour le faire monter …


Il est cependant primordial de ne pas quitter de vue que, en dessous d’un taux d’humidité inférieur à 100%, on peut faire évaporer de l’eau sans la porter à ébullition ‼ en particulier si on multiplie sa surface de contact avec l’air, par capillarité dans un matelas de fibres par exemple.

Mais pour la recondenser, il faut lui permettre de refroidir, ce qui n’est pas évident quand on sait que l’évaporation refroidit le lit …

La solution semble alors de faire converger la lumière du soleil avec plusieurs miroir sur le lieu du crime, ou y poser un panneau photovoltaïque ‼



@+

[invite879a57f4]

encore de nouvelles pistes à explorer
Plus qu'à étudier tout ça.

Merci à toutes et tous pour ces infos. Vous m'avez beaucoup aidé. Je ne sais pas sur quoi je vais aboutir mais j'ai maintenant plusieurs pistes à explorer pour avancer.

[Gilgamesh]

Comme déjà évoqué, si tu veux produire de l'électricité "solaire" sans passer par du photovoltaïque, l'approche thermodynamique la plus performante semble être le moteur Stirling.

voir ici, pour le principe et les calculs de dimensionnement et de rendement : http://www.chimix.com/an9/cap9/cap911.htm

Bricoler un moteur Stirling : http://www.moteurstirling.com/plans.php

a+

[arrial]

Salut,





… sur le papier, c'est extra : on tend vers le rendement de Carnot ‼ mais dans la réalité, on s'aperçoit que pour un petit moteur, l'essentiel de la puissance se perd dans les frottements …

Voici la bête :
http://www.youtube.com/watch?v=0hi7pYR889E
Vous remarquerez qu'il n'est même pas chargé mécaniquement …
En revanche, en machine frigorifique, le haut du piston descend à -40°C : je peux en témoigner. Le matériau étant du verre, les pertes sont faibles …

http://www.sfu.ca/~mbahrami/MECH390/...ine%202007.pdf
Et voici les essais en charge
http://users.jyu.fi/~japehirv/UE-ohj...irling_eng.pdf

et ça coûte la peau des f…anfreluches ‼



@+

[phuphus]

et ça coûte la peau des f…anfreluches ‼

On peut faire de petits Stirling à gradient de température, très économiques. Ils sont abusivement appelés "moteurs thermoacoustiques", et sont d'une simplicité assez déconcertante... Par contre, je ne sais pas ce que seraient les performances avec une source chaude provenant d'un chauffe-eau solaire ou d'un mini four solaire.

Une réalisation ici :

http://www.blooo.fr/vapeur/ma_machin...ufus/rufus.htm

Quelques explications sur la "vraie" thermoacoustique là :

http://thermoacoustique.free.fr/

Une étude assez complète ici, avec démystification d'un quelconque effet thermoacoustique dans le moteur Stirling à gradient de température :

http://membres.multimania.fr/ascarno...%20complet.pdf