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DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU SECHOIR
Le séchoir que nous avons choisi pour l’expérimentation est un séchoir électrique par chauffage et ventilation, disponible au laboratoire thermique de la filière génie industriel à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.
L’appareil est constitué essentiellement d’une enceinte isolée, d’un ventilateur et d’une armoire électrique.
La figure suivante montre le séchoir et ses composantes.
DESCRIPTION DES ELEMENTS
Le séchoir est constitué de quatre parties principales distinctes, à savoir :
La cellule de séchage Le ventilateur
La résistance chauffante L’armoire électrique
La cellule de séchage
C’est un caisson en forme de parallélépipède rectangulaire muni d’une portière comme le montre la figure n°2.1.
Dimension du caisson :
Le caisson est un ensemble compact caractérisé par ces dimensions intérieure et extérieures définissant le volume utile du séchoir.
Ces dimensions sont :
Dimensions extérieures : longueur du caisson : Le = 97 [cm]
largeur : le = 74 [cm]
hauteur hors tout : he = 106[cm]
Dimensions intérieures : longueur de l’enceinte : Li = 65 [cm]
largeur de l’ intérieur : li = 60 [cm]
hauteur de l’ intérieur : hi = 64 [cm]
Les éléments de chauffage
Une résistance électrique en serpentin (C4) dont les extrémités sont intégrées au plafond et allongées au côté droite de la paroi, assure le chauffage du séchoir.
Des dispositifs connexes tels que rhéostat, thermostat, thermomètre, s’y ajoutent et permettent
le réglage de la température de l’enceinte aux conditions voulues :
le rhéostat permet de régler la température fournie par la résistance ;
le thermostat permet de maintenir la température de l’enceinte aux conditions imposées;
le thermomètre, dont l’indication est visible sur l’afficheur électronique (8) donne directement la température dans l’enceinte. Cette température n’étant pas uniforme, on se propose de la considérer comme une température moyenne.
N.B :
Le chauffage fonctionne en mode marche – arrêt, c’est – à – dire quand la température voulue est atteinte l’ appareil s’arrête automatiquement, dans le cas où la température est inférieure, la mise en marche du séchoir est aussi automatique jusqu’à la température voulue.
Le ventilateur
Le ventilateur a pour rôle de brasser l’air dans l’enceinte, c’est ce dernier qui assure le séchage des produits. Suite à une expérience préliminaire, on a constaté que le sens de l’air produite par le ventilateur va de la face (A) vers la face (B) (coté de la résistance chauffante) indiqué sur la figure n°2.2 (page 15).
Quant à ses constituants le moteur (4) qui l’alimente est placé en haut du caisson tandis que l’hélice est cachée entre les deux parois de la partie supérieure.
Le moteur du ventilateur est un moteur électrique triphasé de type :
LEROY SOMER LS 71
N° 708054-1998
L’armoire électrique
Elle est composée essentiellement des éléments :
A l’intérieur : – contacteur ;
– temporisateur ;
– relais thermique ;
– sectionneur porte fusible.
A l’extérieur : – un voyant WH on/off (7) ;
– deux voyants GN on/off (9) indiquant l’état (en marche ou non du chauffage et de la ventilation ;
– deux boutons contacteurs marche – arrêt (10)
(chauffage et ventilation) ;
– un afficheur électronique permettant d’une part de lire la valeur de la température dans l’enceinte et d’autre part de régler le séchoir à la température maximale souhaitée.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :
Le ventilateur, alimenté par un moteur électrique triphasé comme il est indiqué précédemment, produit l’air asséchant. Ce dernier prend la direction face A – face B en traversant les tôles perforées tout en passant sur les produits étaler sur les claies dans l’étuve pour se percuter sur la
résistance chauffante. Elle reçoit en conséquence, par transfert thermique, de la chaleur et s’achemine d’une manière cyclique (cf figure n°2.2) dans la même direction face A – face B jusqu’à la fin du séchage.
Ce mode de fonctionnement offre l’avantage de :
Assurer la circulation normale de l’air ;
Homogénéiser la vitesse de l’air asséchant dans l’ensemble du séchoir, et en conséquence, la température de séchage ;
Eviter le refroidissement de la résistance chauffante.
La figure ci-après, illustre ce principe de fonctionnement.
Figure n°2.2 : fonctionnement du séchoir
LES APPAREILS DE MESURES :
Anémomètre instantané [ Testo 451]
Dynamomètre de 0 à 600 g
Le testo 451
Figure n°2.3 : L’appareil de mesure d’humidité et de vitesse de l’air asséchant
1 : prise II (sonde d’humidité)
2 : sélection des grandeurs (dépendant de la sonde raccordée)
3 : contrôle du calcul des valeurs moyennes temporelles ou ponctuelles des vitesses d’air
4 : touche marche / arrêt
5 : affichage LCD grand format (affichage simultané de 2 valeurs mesurées)
6 : touche de fonctions multiples, en appuyant (de façon répétée) :
les valeurs mesurées restent affichées
les valeurs mesurées les plus élevées sont indiquées les valeurs mesurées les plus basses sont indiquées sélection de mesure de la valeur moyenne
la tension de la pile est affichée
7 : prise I (sonde à hélice)
L’air qui circule dans le séchoir est mélangé à la vapeur d’eau. Son humidité est mesurée à l’aide d’un testo 451(figure n°2.2).
Ce dernier un appareil de mesure multiple permettant d’évaluer l’humidité et la vitesse de l’air asséchant.
Il est muni de deux sondes :
Sonde d’humidité pour la mesure de l’humidité de l’air asséchant dans l’enceinte du séchoir en ouvrant la portière (1).
Sonde à hélice servant à mesurer la vitesse de l’air asséchant en ouvrant le volet d’air situé au dessus du séchoir (7).
Les valeurs sont affichées directement à l’écran de l’appareil (5). Voici les caractéristiques techniques de l’appareil.
Caractéristiques techniques :
Sonde d’humidité :
o Etendue de mesure : 0 à 100% RH -200,0 à +70,0°C
o Tolérance : 2%RH (2 à 98% RH)
o Résolution : 0,1 Sonde à hélice : element
o De diamètre 12mm
o Etendue de mesure : 0,2 à 60m/s
o Tolérance maximale : 0,4m/s à 40m/s
± 2,5% de la valeur finale (Elément de raccordement nécessaire) Capteurs (NiCr-NiAl) :
o Etendue de mesure : -120.0 à 1370°C
o Tolérance maximale : 0,3°C (-120 à –50°C)
± 0,2°C (-50 à +200°C)
± 0,1% de la valeur moyenne (> +200%C)
o Résolution : 0,1° / 1° (> 100°)
Alimentation : Pile 9 V alcaline-manganèse 6LR61
Affichage : LCD, 2lignes, hauteur des chiffres 9mm
Boîtier : Plastique (ABS)
Dimensions : 197 x 55 x 45 mm
Poids : 250g
N.B :
Les relevés doivent être faites aussi vite que possible car le contact avec l’air ambiant changerait la valeur de l’humidité de l’air asséchant dans le séchoir.
Dynamomètre
Le dynamomètre est suspendu sur un dispositif fixe pour éviter l’erreur de lecture due à la vibration. Sa partie inférieure est munie d’une pince permettant d’accrocher le panier plastique contenant le produit à peser.
On lit directement sur la partie intermédiaire à graduation la valeur de la masse du produit. Précision : tolérance maximale 0,3% de la charge (position zéro bien ajustée)
DESCRIPTION DES ELEMENTS
Le séchoir est constitué de quatre parties principales distinctes, à savoir :
La cellule de séchage Le ventilateur
La résistance chauffante L’armoire électrique
La cellule de séchage
C’est un caisson en forme de parallélépipède rectangulaire muni d’une portière comme le montre la figure n°2.1.
Dimension du caisson :
Le caisson est un ensemble compact caractérisé par ces dimensions intérieure et extérieures définissant le volume utile du séchoir.
Ces dimensions sont :
Dimensions extérieures : longueur du caisson
largeur
hauteur hors tout
: Le = 97 [cm]
: le = 74 [cm]
: he = 106[cm]
Dimensions intérieures :
longueur de l’enceinte largeur de l’ intérieur hauteur de l’ intérieur
: Li = 65 [cm]
: li = 60 [cm]
: hi = 64 [cm]
Les éléments de chauffage
Une résistance électrique en serpentin (C4) dont les extrémités sont intégrées au plafond et allongées au côté droite de la paroi, assure le chauffage du séchoir.
Des dispositifs connexes tels que rhéostat, thermostat, thermomètre, s’y ajoutent et permettent le réglage de la température de l’enceinte aux conditions voulues :
le rhéostat permet de régler la température fournie par la résistance ;
le thermostat permet de maintenir la température de l’enceinte aux conditions imposées;
le thermomètre, dont l’indication est visible sur l’afficheur électronique (8) donne directement la température dans l’enceinte. Cette température n’étant pas uniforme, on se propose de la considérer comme une température moyenne.
N.B :
Le chauffage fonctionne en mode marche – arrêt, c’est – à – dire quand la température voulue est atteinte l’ appareil s’arrête automatiquement, dans le cas où la température est inférieure, la mise en marche du séchoir est aussi automatique jusqu’à la température voulue.
Le ventilateur
Le ventilateur a pour rôle de brasser l’air dans l’enceinte, c’est ce dernier qui assure le séchage des produits. Suite à une expérience préliminaire, on a constaté que le sens de l’air produite par le ventilateur va de la face (A) vers la face (B) (coté de la résistance chauffante) indiqué sur la figure n°2.2 (page 15).
Quant à ses constituants le moteur (4) qui l’alimente est placé en haut du caisson tandis que l’hélice est cachée entre les deux parois de la partie supérieure.
Le moteur du ventilateur est un moteur électrique triphasé de type :
LEROY SOMER LS 71
N° 708054-1998
L’armoire électrique
Elle est composée essentiellement des éléments :
A l’intérieur : – contacteur ;
– temporisateur ;
– relais thermique ;
– sectionneur porte fusible.
A l’extérieur : – un voyant WH on/off (7) ;
– deux voyants GN on/off (9) indiquant l’état (en marche ou non du chauffage et de la ventilation ;
– deux boutons contacteurs marche – arrêt (10)
(chauffage et ventilation) ;
– un afficheur électronique permettant d’une part de lire la valeur de la température dans l’enceinte et d’autre part de régler le séchoir à la température maximale souhaitée.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :
Le ventilateur, alimenté par un moteur électrique triphasé comme il est indiqué précédemment, produit l’air asséchant. Ce dernier prend la direction face A – face B en traversant les tôles perforées tout en passant sur les produits étaler sur les claies dans l’étuve pour se percuter sur la résistance chauffante. Elle reçoit en conséquence, par transfert thermique, de la chaleur et s’achemine d’une manière cyclique (cf figure n°2.2) dans la même direction face A – face B jusqu’à la fin du séchage.
Ce mode de fonctionnement offre l’avantage de :
Assurer la circulation normale de l’air ;
Homogénéiser la vitesse de l’air asséchant dans l’ensemble du séchoir, et en conséquence, la température de séchage ;
Eviter le refroidissement de la résistance chauffante.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : RAPPEL SUR LE SECHAGE
I.1- Généralités sur le séchage
I.2- Caractérisation d’un produit de séchage
I.3- L’humidité des solides
I.3.1- Définitions
I.3.2- Types de liaison de l’eau
I.4- Quantification de l’eau
I.4.1- La quantité de l’eau dans un matériau de séchage
I.4.2- L’hygroscopicité
I.4.3- Vitesse de séchage
CHAPITRE II : DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT DU SECHOIR
II.1- Description des éléments
II.1.1- La cellule de séchage
II.1.2- Les éléments de chauffage
II.1.3- Le ventilateur
II.1.4- L’armoire électrique
II.2- Principe de fonctionnement
II.3- Les appareils de mesures
II.3.1- Le Testo 451
II.3.2- Dynamomètre
CHAPITRE III : EXPRESSIONS RELATIVES AUX EXPERIMENTATIONS
III.1- Expressions des isothermes de désorption
III.1.1- Définition
III.1.2- Grandeurs physiques
III.1.3- Réseaux des courbes d’équilibre
III.1.4- Modèles numériques des courbe d’équilibre
III.2- Vitesse de séchage
CHAPITRE IV : L’EXPERIMENTATION
IV.1- Procédures expérimentales
IV.1.1- Etapes à suivre
IV.1.2- Mesure des paramètres
IV.2- Expérimentation
IV.2.1- Cas de la banane
IV.2.1- Cas de l’ananas
IV.2.1- Cas de la mangue
IV.3- Analyse des résultats
IV.3.1- Courbe d’équilibre
IV.3.2- Détermination des constantes dépendant du produit n et k (lissage de courbe)
IV.3.3- Courbe de variation de flux de masse
IV.3.4- Masse d’eau évaporée par unité de temps
CHAPITRE V : CALCUL ECONOMIQUE – IMPACTS ENVIRONNEMENTX
V1-Calcul économique
V.1.1- Les éléments d’investissements
V.1.2- Les frais opératoires
V.1.3- Les frais de maintenances
V.1.4- L’amortissement
V.2- Détermination du coût de séchage
V.3- Etude de la rentabilité du projet
V.3.1- Le temps de retour ou POT
V.3.2- Le bénéfice actualisé ou VAN
V.3.3- Le taux de rentabilité interne ou TRI
V.4- Impacts environnementaux
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
