Dessalinisateur amateur

La technique est au point, mais les prix encore prohibitifs: descriptif d'un projet de dessalinisateur faisable en amateur, si vous avez une bonne pratique des montages hydraulique haute pression...


le principe

Vous pouvez raisonner comme si un dessalinisateur n'était qu'un super filtre, tellement fin qu'il laisse passer les molécules d'eau mais arrète les autres , comme si elles étaient trop grosses.
Bien sûr ce n'est pas du tout ça, car les sels variés sont sous forme ioniques, et l'eau également est un mélange d'ions H et OH, etc...ceux qui veulent vraiment de la théorie doivent chercher les mots clé "osmose inverse", "milieux ionisés" etc..
Le principe de raisonnement "filtre" explique quand même le gros du problème: il faut une membrane qui filtre, et une pompe a haute pression pour y faire passer l'eau salée, car cette sacrée membrane est tellement peu poreuse que l'eau n'a aucune envie de traverser! Ce sont les deux éléments couteux du dessalinisateur (impossibles à bricoler!)

Nous allons maintenant passer au concret gràce à Patrick (non, ce n'est pas celui de Djinn! mais un copain qui s'y connait et prépare le sien, sa coque étant achevée, il s'ennuie!)

Avant de passer au concret, si vous vous intéressez au problème, vous avez constaté les prix hallucinants de ces matériels, environ 30 à 50Kf pour un dessal de 50 l/Heure. L'espoir de Patrick est de diviser le prix par deux en achetant des composants adaptés et en fabriquant quelques pièces faisables en amateur.

Le projet
Aujourd'hui le projet en est a la théorie et recherche des composants. Chaque projet peut en suite varier selon les deux principaux paramêtres de choix:

• quel débit de déssalinisateur on envisage: de 5 l/h (le minimum pour vivre, genre power survivor), à 50 l/h, le grand confort pour se doucher tous les jours!
• quelle source d' énergie: soit par la batterie (donc moteurs en 12v)  si le bilan énergétique est bien calculé, soit par le groupe electrogéne (donc moteurs 220v), soit par le moteur, donc embrayage electromagnétique

Nous vous invitons à contribuer à ce projet, par vos remarques ou expériences personnelles, mais Patrick n'envisage absolument pas de lancer en série: c'est chacun pour soi ensuite (mais avec tous les conseils possibles..).

warning ! :
Ce projet est beaucoup plus délicat qu'un simple montage électrique ou même qu'un frigo eutectique. Si vous n'avez pas de solides notions en hydraulique haute pression et électricité, nous vous le déconseillons.

photo: un Aquabase de 30 l/h, le gros cylindre c'est la membrane dans son tube.

les organes d'un dessal

Tuyaux Basse Pression.
Le circuit eau de mer doit etre dimensionné pour 10 fois le débit eau douce. (exemple, 20mm pour 600 l/heure)

Tuyaux Haute Pression
(éclatement >= 140 bars). Le tuyau de sortie pompe HP doit etre souple (vibrations)

Filtre à tamis :
 Tamis inox "Mesh 80" (passage entre mailles : 0.22 mm)

Vanne de rincage :
Vanne trois-voies en PPG. Avant d'arreter la machine, le contenu du réservoir de rincage est envoyé dans le circuit pour rincer la pompe et la membrane à l'eau douce. Des produits anti-bactériens,anti-algues peuvent etre ajoutés dans le réservoir de rincage.

Pompe BP :
Pompe soit électrique soit à rotor caoutchouc couplée par courroie à la pompe HP. Débit 10 fois le débit eau douce sous la perte de charge des deux  pre-filtres 5 et 20 µ (une pompe capable du débit sous au moins 2 m d'eau semble bonne, exemples RULE "400" (electrique 12V 3.5A),  JABSCO série "020" (mécanique, rotor caoutchouc à palettes)

Filtres :
Cartouches 5 microns et 20 ou 25 microns. Doivent etre compatibles avec le débit (10 fois débit eau douce).La longueur standard est  "10 pouces". Perte de charge cartouches neuves 5 et 20 µ pour 600 litres/heure de  (13 + 6 mb ) à (67  + 20 mb) suivant type.

Manocontact sécurité BP :
Assure une pression suffisante à l'entrée de la pompe HP (certaines pompes acceptent une certaine dépression, d'autres doivent etre gavées).  Le manocontact doit, soit actionner un klaxon d'alarme et  l'opérateur arrete le systeme, soit arreter automatiquement la pompe HP. Mais dans ce cas : 1) la pompe BP doit demarrer avant la pompe HP pour pressuriser le systeme et ne pas déclencher le manocontact;  et b) apres un  déclenchement du manocontact, la pompe HP ne doit pas redemarrer sans un ré-enclenchement par l'opérateur meme si le manocontact revient dans la zone de pression "normale" pour éviter  un cyclage rapides d'arrets-démarrages.

Pompe HP :
La pression HP normale de fonctionnement est de l'ordre de 60 bars. Les membranes ont en général une pression maxi admissible de 69 bars. Exemple de pompe : CAT pumps model 290 (13,2 l/mn à 1200 tr/mn, pression d'entrée -0,6 à +2.8 bars) (voir site www.catpumps.com), à entrainer soit par moteur electrique (1.9 CV) soit par poulie électromagnétique sur l'arbre du diesel

Manocontact sécurité HP :
 Peut etre remplacé par un clapet de décharge en surpression. Il sert à empécher la pompe, les tuyaux ou le corps de membrane d'éclater en cas de blocage du circuit (vanne fermée, membrane déchirée, ...). Donc l'arret de la pompe HP doit etre instantanné et réarmable seulement manuellement. Tarage : celui de l'élément le plus faible (a-priori la membrane, 69 bars).

Manometre HP :  
Sert à régler la pression dans la membrane. Doit donc etre de bonne qualité - inox, bain d'huile, plage 0-100 bars.

Membrane :
Se présente sous forme d'une cartouche avec deux tubes centraux aux extrémités et un joint à lèvre sur le diamètre extérieur. C'est une bande de film  polyamide roulée en spirale (surface développée de l'ordre de 3 m2 pour une 60 litres/heure). Est détruite par le chlore libre (eau du robinet, eau de javel, produits piscine) au-dessus de 1 partie pour 10 millions. Les cartouches industrielles font 355mm, 533 mm ou 1016 mm de long.  Il existe aussi quelques rares modèles en aramide linéaire (faisceau de fibres creuses) - qui ont un rendement plus fort mais sont tres tres cheres  (10 fois) . La membrane meurt par colmatage (poussière, algues) qui réduit progressivement son débit. Elle doit etre utilisée tous les 2 jours, ou bien remplie d'eau douce avec des produits de conservation, anti-algues et bactéricides.  Il existe de nombreux procédés industriels utilisant l'osmose inverse, seules les membranes destinées à la désalinisation de l'eau de mer nous  interessent (Total Dissolved Solid 35000 ppm sous forme Chlorure de Sodium plus sulfates et carbonates de magnésium et calcium). Exemples modèle SWC1-2540 (60 litres/heure, site www.membranes.com), M-S2540F (60 l/h, site www.appliedmembranes.com, 550 us$ ). Ce  dernier site liste plusieurs fabricants/distributeurs; voir aussi www.kochmembrane.com. La membrane est enfilée dans un tube (pression de service 68 bars). Le joint à levres sur le diametre extérieur fait étanchéité sur le tube pour séparer l'eau d'entrée et l'eau de rejet. Les deux tubes axiaux d'extrémité doivent etre montés coulissants sur joints toriques, la membrane s'allonge sous la pression ! Ils font entrée eau de mer, sortie eau douce. Voir les "technical service bulletins" sur www.membranes.com (Hydranautics).

Vanne de réglage :
Vanne capable de la haute pression, qui sert à régler la pression dans la membrane. Doit donc etre de type "pointeau" pour un réglage fin et stable.

Debitmetre eau douce :
 Sert à mettre le minimum de pression possible dans la membrane pour obtenir le débit d'eau douce (10% du débit eau de mer). Sert aussi à savoir quand la membrane est colmatée (pression maxi admissible avec débit eau douce faible), et doit donc etre changée. Ne subit pas de pression, peut donc etre du type "tube en verre avec bille".

Vanne de direction eau douce et réservoir de rincage :
 Au démarrage, on garde la premiere eau plus ou moins douce (et contenant les produits de conservation), qui servira à rincer la membrane avant l'arret. Un réservoir limité à disons 2 fois le volume du circuit eau de mer-membrane, équipé d'un trop-plein avec rejet à  la mer, devrait permettre de ne pas recycler toujours la meme eau.  Le plus simple pourrait encore etre un simple tuyau souple en sortie du débitmetre eau douce, que l'on  connecte successivement au rejet à la mer, puis au réservoir de rincage, puis pour gouter l'eau et enfin sur le réservoir d'eau douce.

Le schéma







exemple de kit complet

Kit HYDROFIX
Voici une solution intermédiaire entre le "clè en main " et la conception amateur de Patrick, si vous ne vous sentez pas à l'aise: le kit complet.

Les renseignements détaillés sont à demander à:
Compagnie Hydrotechnique
"pontrigné" 44860-St AIGNAN
tel : 02 40 31 01 75
fax : 02 40 31 00 31
Email: "hydrofix@magic.fr"
web: www.searecovery.com

Le prix annoncé va de 15 à 18Kf pour 30 à 60 l/H
Le descriptif et performances ci-dessous ont été données par hydrofix, sans essais de notre part:

schéma de principe
caractéristiques

entrainement

quelques compléments transmis par Xavier (hydrofix@magic.fr)
 
ALIMENTATION 220 VOLTS

en 220 volts,pas de problème technique.on a des moteurs 220 volts mono ou
380 tri-phasé a arbre creux.Moins d'encombrement et pas de courroies ni
poulie.
Par contre,il faut un groupe ayant la capacité de démarrage du moteur
électrique,soit 8/10 fois l'intensité nominale.

Un groupe peut alimenter des résistances (chauffage,chauffe-eau par ex) à
concurrence de sa capacité théorique maximale.On dit courant
capacitif.Facile.
Pour les moteurs électriques,c'est différent,on dit:inductif.
Pendant un très cours laps de temps,le moteur réclame une intensité
importante (chargement d'un condensateur de démarrage par ex) qu'il doit
surpasser.Tous les groupes du marché ne peuvent pas le faire.Il faut
procéder empiriquement.Les 1500 t/min le font mieux que les 3000 t/min.
 
Le 220 peut etre produit par un onduleur (transforme le courant continu (12 ou 24 volts) produit par l'alternateur et stockè par les batterie en courant alternatif La plupart des onduleurs ont une capacité de démarrage 4 fois supérieure à  leur capacité maximum.Cette solution nécessite des précautions
(qualité et puissance batteries,alternateur,répartiteur,cablage) et doit etre mise en oeuvre uniquement par électricien marine pro ou amateur éclairé (!!!)
 
ALIMENTATION EN COURANT CONTINU
On peut entrainer la pompe HP avec des moteurs electriques en courant continu.Techniquement,celà ne pose pas de problème.Il existe des moteurs fiables.Le problème est la puissance et le fonctionnement continu.
Pour un guindeau de 1500 Watts en 12 ou 24 volts,pas de problème :la consommation forte est limitée dans le temps à quelques minutes consécutives.

Pour le dessalinisateur,le temps se compte en heures,d'ou soucis de production (gros alternateurs)de stockage (forte capacité en batteries) de transmission (grosse section de cable et relais costauds)

Les appareils 12 volts du marché (dessalator par ex.) essaient de limiter les conséquences en réduisant la consommation.
Celle-ci est induite par 2 facteurs:
-la pression nécessaire pour forcer les molécules d'eau à travers la membrane. Fonction de la salinité de l'eau traitée. En eau de mer standard (30 g/l) il faut environ 55 bars. Pas d'économie possible.
- le débit d'eau de mer:il est défini par le fabricant de membranes. Le rapport ne doit pas dépasser 10 %.Pour une membrane 60 l/h seule, il faut au moins 500 l/h .Si on diminue ce débit en maintenant la pression de 50 bars, on produit toujours 60 l/h mains on augmente le rendement.Et c'est l'effet auto-nettoyant du flux rapide d'eau de mer qui diminue.D'ou colmattage accéléré de la membrane.

Illustration: le fabricant Desalator offre un système dit DUO qui a une pompe HP entrainée par un moteur 220 volts (1000 watts) et un moteur 12 volts 300 watts (avec des rapports de poulie différents)
La pompe HP est une 3 pistons dont on n'a gardé qu'un seul et bouché les 2 autres.D'ou débit divisé par 3 à régime constant. Tournant avec le moteur 12 volts,la pompe envoit 2 l/min à la membrane
Avec le moteur 220 elle pompe 8 l/min,ce qui est juste suffisant.
 
Conclusion:les dessalinisateurs en courant continu consomment beaucoup d'énergie pour les réseaux électriques standard équipant les bateaux de plaisance.
Pour réduire ce problème ,les fabricants diminuent la consommation en sous-alimentant les membranes.
Plutot que de produire beaucoup d'ampères,de les vehiculer et les stocker dans de grosses batteries couteuses et fragiles,mieux valent 2 poulies,et une courroie.CQFD